《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合技術(shù)研究
來源:電子技術(shù)應(yīng)用2013年第2期
吳鳳柱,, 何 矞,, 焦 旭, 李南海
南昌航空大學(xué) 信息工程學(xué)院,, 江西 南昌330063
摘要: 為了提高復(fù)雜環(huán)境條件下導(dǎo)彈的導(dǎo)航精度,,以GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)為研究對象,首先研究了GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,;然后對擴(kuò)展卡爾曼濾波和無跡卡爾曼濾波的算法進(jìn)行了詳細(xì)的分析,;最后將這兩種濾波算法應(yīng)用到GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中。系統(tǒng)仿真結(jié)果表明,UKF在位置,、速度的估計精度上均優(yōu)于EKF,,并且UKF具有更好的穩(wěn)定性和收斂性。
關(guān)鍵詞: GPSGPRS GPS SINS 緊組合導(dǎo)航 EKF
中圖分類號: TN967.2
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2013)02-0067-03
Research on information fusion technique of GPS/SINS tightly-coupled navigation system
Wu Fengzhu, He Yu, Jiao Xu, Li Nanhai
Institute of Information Engineering,Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
Abstract: In order to improve the navigation precision of missile under the complex environment .With GPS/SINS Tightly-coupled integrated navigation system as the object of the research,first of all, the mathematical model of GPS/SINS Tightly-coupled integrated navigation system is derived;and then the algorithm of the EKF and UKF are analysed amply.Finally,EKF and UKF are replied to GPS/SINS tightly-coupled integrated navigation system,,and the simulation result indicates UKF takes precedence of EKF in the estimation of position and velocity.Moreover,UKF has the better stability and stypticity.
Key words : GPS; SINS; tightly integrated navigation; Kalman filtering

    慣性導(dǎo)航是一種完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng),,具有隱蔽性好,、抗干擾、不受氣象條件限制的優(yōu)點(diǎn),。但其缺點(diǎn)是其定位誤差隨時間積累,。全球定位系統(tǒng)具有全天候、高精度,、定位誤差不隨時間發(fā)散等顯著特點(diǎn),,但衛(wèi)星信號可能被人為地添加干擾,而且受環(huán)境的限制,,故可靠性較差,。而GPS" title="GPS" target="_blank">GPS和SINS組合系統(tǒng)則取長補(bǔ)短,充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,?;趥尉唷尉嗦式M合的GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)和基于速度,、位置組合的松組合系統(tǒng)具有精度更高,、可靠性和抗干擾能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此越來越廣泛地應(yīng)用于航空,、航天領(lǐng)域,。

1 緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的模型
    基于偽距、偽距率的GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)是一種高水平的組合方式,其主要特點(diǎn)是GPS接收機(jī)和SINS相互輔助,。它利用GPS的星歷數(shù)據(jù)與SINS給出的位置和速度信息計算出相應(yīng)的偽距和偽距率,然后與GPS接收的偽距和偽距率相比較得出的誤差作為量測值,通過卡爾曼濾波器估計GPS和SINS的誤差量,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的校正,。在該組合模式中,GPS接收機(jī)只提供星歷數(shù)據(jù)和偽距、偽距率即可,省去導(dǎo)航計算處理部分,有著精度高,、魯棒性好,、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。




    從EKF和UKF的計算過程可以看出,,UKF具有以下優(yōu)點(diǎn):
    (1) UKF直接利用非線性模型,避免引入線性化誤差,從而提高了濾波精度,;
    (2) 不必計算雅可比矩陣;
    (3) 能對所有高斯輸入向量的非線性函數(shù)近似,,均值精確到三階,,方差精確到二階。
    綜上所述,,UKF比較適合作為緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合算法,。接下來將這兩種濾波算法分別應(yīng)用于緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中,通過比較來說明UKF相對于EKF的優(yōu)越性,。
3 系統(tǒng)仿真分析
    下面在緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用EKF和UKF兩種濾波方法對系統(tǒng)進(jìn)行仿真,,進(jìn)而驗證UKF優(yōu)于EKF。
    彈體運(yùn)動軌跡參數(shù)設(shè)置如下:初始緯度32°,經(jīng)度118°,高度300 m,,初始失準(zhǔn)角為15°,,三個方向的初始速度誤差分別為0.5 m,、0.8 m和0 m,初始位置誤差分別為10′′,、10′′和0,,陀螺儀零偏為0.1°/h,相關(guān)時間為1 h,,加速度計零偏為0.001 g,相關(guān)時間為0.5 h,、GPS偽距誤差為1 m,偽距率誤差為0.05 m/s,仿真時間為4 000 s。仿真框圖如圖1所示,。仿真結(jié)果如圖2~圖5所示,。

 

 

    通過仿真結(jié)果可以明顯地看出,UKF在位置和速度的估計精度上優(yōu)于EKF,且UKF的穩(wěn)定性和收斂性也很好,。
    基于GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)較松組合導(dǎo)航系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢,。本文首先建立了緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,然后將EKF和UKF濾波算法引入到緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中,,最后通過對仿真結(jié)果進(jìn)行比較,,證實了仿真結(jié)果和理論分析的一致性,進(jìn)而驗證了UKF算法可以更好地處理非線性問題,。由此可見,,UKF是GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中較適用的一種濾波算法。
參考文獻(xiàn)
[1] 王惠南. GPS導(dǎo)航原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,, 2010.
[2] 周鳳崎,,盧曉東.最優(yōu)估計理論[M].北京:高等教育出版社,2009.
[3] 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)設(shè)計[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2009.
[4] 袁俊剛.GPS/慣性緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2011.
[5] 田磊.GPS/INS組合導(dǎo)航中的非線性濾波方法研究[D].成都:電子科技大學(xué),2010.
[6] 周坤芳,吳晞,孔鍵.緊耦合GPS/INS組合特性及其關(guān)鍵技術(shù)[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報,,2009,17(1):42-45.
[7] 丁傳炳,王良明,常思江.GPS/INS組合導(dǎo)航在制導(dǎo)火箭彈中的應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2010,35(17):138-141.

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