[发明专利]一种GPS/SINS超紧组合导航系统自适应混合滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GPS/SINS超紧组合导航系统自适应混合滤波方法。

背景技术

全球定位系统(GPS，Global Positioning System)与捷联惯性导航系统(SINS，Strapdown Inertial Navigation System)构成的组合导航系统，以其良好的优势互补特性，成为组合导航系统的一个重要分支。GPS/SINS组合导航系统按照组合方式可分为：松组合、紧组合、超紧组合。与松组合和紧组合相比，超紧组合是将GPS和SINS的信息进行更深层次的融合。融合的结果既可以校正惯性器件，抑制误差累积，又可以修正接收机参数，提高其对卫星信号的跟踪能力，因此GPS/SINS超紧组合导航系统必将在航空、航天、航海等领域得到广泛的应用。

GPS/SINS超紧组合导航系统在建模时，将导航参数的误差作为估计状态，称为间接法滤波。间接法滤波有两种，分别是输出校正和反馈校正。理论上，当模型能够准确反映系统本身时，输出校正和反馈校正的估计效果是一致的。工程实践中，输出校正实现简单，滤波器故障不影响SINS工作，但它只能改善输出的准确性，不能对SINS内部误差作修正，长时间工作时，SINS误差累积，最后使系统模型跟实际模型不匹配，导致滤波精度下降或发散；反馈校正估计的是经过校正的导航参数误差，保持为小量，没有模型误差，更接近于真实系统，但是反馈校正实现复杂，滤波器故障或估计精度不高会污染SINS输出，使系统可靠性降低。结合这两种结构的优缺点出现了混合校正滤波结构，该结构只有在所有状态估计精度都很高时才能得出较好的滤波结果，而状态的估计精度是由其可观测性决定的，因此这种结构只能提高完全可观系统估计精度，对于GPS/SINS超紧组合导航系统这种不完全可观测的系统是不适用的。

发明内容

本发明目的在于提供一种GPS/SINS超紧组合导航系统自适应混合滤波方法，可以有效提高系统状态不完全可观测的GPS/SINS超紧组合导航系统的导航定位精度。

实现本发明目的技术方案：

一种GPS/SINS超紧组合导航系统自适应混合滤波方法，其特征在于:

步骤1：建立GPS/SINS超紧组合导航系统误差模型；

步骤2：采用卡尔曼滤波方法进行数据融合，得到系统状态的最优估计值和估计误差方程阵P；

步骤3：利用步骤2中获得的系统状态的最优估计值对SINS输出的导航定位信息进行输出校正；

步骤4：采用误差方差阵的特征值和特征向量的可观测性分析方法，利用步骤2中获得的估计误差方程阵P求取系统各个状态的可观测度信息；

步骤5：将步骤4中获得的系统状态可观测度信息作为反馈因子，将其与步骤2中获得的系统状态的最优估计值的乘积作为反馈量，对GPS和SINS的参数进行反馈校正。

步骤4中,计算估计误差方程阵P的特征值和与之对应的特征向量分别为λ_i和η_i，i∈{1,2,…17}，则系统状态的可观测度信息为最小特征值λ_min对应的特征向量η_min，min∈{1,2,…17}。

步骤5中，包括如下步骤，

步骤5.1：将步骤4中的最小特征值λ_min对应的特征向量η_min作为反馈因子，将反馈因子记为α＝[α₁ α₂ … α₁₇]^T，即α＝η_min；

则反馈量为

τ=α·X^]]>

式中，为步骤2中获得的系统状态的最优估计值；

步骤5.2：利用步骤5.1获得的反馈量对惯性测量元件进行反馈校正，公式如下，