[发明专利]一种伪卫星和惯性组合导航系统的非线性补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种伪卫星和惯性组合导航系统的非线性补偿方法，属于导航定位技术领域。

背景技术

伪卫星也被称为陆基发射机或陆基卫星，其功能和原理与导航卫星类似，主要由接收机，发射机和天线等部分组成，能发出与导航卫星相同格式的电文。与导航卫星相比，伪卫星具有系统成本低、设置灵活机动、抗干扰性能好等特点。此外，用户可以根据应用需要来设计伪卫星的信号结构和电文格式，具有完全的自主权。因此，伪卫星技术得到了广泛的关注。

与卫星/惯性组合导航系统类似，伪卫星/惯性组合导航系统能够取长补短，获得更高的性能，具有广阔的应用前景。从利用伪卫星信号的角度看，伪卫星和惯导的组合大体可分为两种方式：浅组合方式和深组合方式。浅组合使用伪卫星接收机估计的位置、速度等信息作为综合滤波器的输入测量信息，算法简单，可靠性高，但是会损失一些信息且在综合滤波器的观测量中引入了不期望的相关，在跟踪的伪卫星几何结构差或不足四颗时，系统性能将受到严重影响。深组合方式利用了伪卫星的原始测量数据，如伪距、伪距率等，克服了浅组合的缺点，能够更好地实现伪卫星和惯导的相互辅助作用，已得到广泛应用。但是对于深组合而言，滤波器的测量方程中包含了伪卫星接收机的原始测量，因而引入了非线性。通常解决的方法是在位置的估值(一般为惯导系统输出位置)处线性化采用扩展卡尔曼滤波(EKF，extended Kalman filtering)算法。但是，由于伪卫星与用户的距离较近，其伪距观测量线性化误差的影响也更加严重，将造成卡尔曼滤波器性能恶化甚至发散。

发明内容

本发明的技术问题是：针对传统线性化方法在伪卫星/惯性组合导航中存在的线性误差大、造成滤波性能差甚至发散的问题，提供一种伪卫星和惯性组合导航系统的非线性补偿方法，该方法采用二次项修正的非线性补偿方法，提高了伪卫星/惯性组合导航系统的性能。

本发明的技术解决方案：一种伪卫星和惯性组合导航系统的非线性补偿方法，其特点在于步骤如下：

(1)分别考虑惯导和伪卫星的误差状态，建立卡尔曼滤波器的状态方程；

(2)将伪卫星的伪距量测量在惯导给出的位置处进行线性化处理，建立卡尔曼滤波器的量测方程；

(3)根据建立的状态方程和量测方程，按照扩展卡尔曼滤波方法进行滤波解算，估计出状态向量；

(4)将伪卫星的伪距量测量在惯导给出的位置处进行二次泰勒展开，利用步骤(3)估计出的状态向量计算包含Hessian矩阵的二次修正项矩阵，建立新的卡尔曼滤波器的量测方程；

(5)根据新建立的卡尔曼滤波器的量测方程再一次进行滤波解算，估计出新的状态向量；

(6)利用步骤(5)估计得到的状态向量，对惯导输出的位置、速度、姿态信息进行校正后得到组合导航系统的输出。

所述步骤(4)将伪卫星的伪距量测量在惯导给出的位置处进行二次泰勒展开，利用步骤(3)估计出的状态向量计算包含Hessian矩阵的二次修正项矩阵，建立新的卡尔曼滤波器的量测方程的方法为：