[发明专利]一种惯性和磁力计组合自适应抗干扰方法

说明书

本发明属于磁力计和惯性导航系统数据融合领域和自适应卡尔曼滤波领域，具体涉及一种惯性和磁力计组合自适应抗干扰方法。首先该方法利用磁力计和陀螺仪的输出模型，推导出利用角速率更新磁力计输出的模型，再将磁力计的直接输出作为量测量代入滤波器。同时，本发明设计了一个基于鲁棒控制的自适应扩展卡尔曼滤波器。根据量测量与预测量之间的残差计算量测信息的噪声方差阵，从而有效抑制干扰。处理干扰的同时判断干扰持续的时间。当判断出干扰为长时间干扰时，本发明利用惯导在干扰初期对磁场值进行外推，并对磁力计进行快速重标定，标定完成后将磁力计标定参数重新代回抗干扰模块，从而保证长时间的抗干扰效果。

技术领域

本发明属于磁力计和惯性导航系统数据融合领域和自适应卡尔曼滤波领域，具体涉及一种惯性和磁力计组合自适应抗干扰方法。

背景技术

随着微电子机械系统，MEMS，的发展，低成本的惯性导航系统通常被集成在了一个模块或芯片里，并且被广泛地应用于室内定位、人体运动跟踪、无人系统等。但是随着成本的降低，MEMS惯导系统的精度也随之降低，无法敏感到地球自转，所以MEMS惯导系统的对准只能依赖于其他传感器。磁力计可以利用测量到的磁场值解算出方位。所以，MEMS磁力计与惯性导航系统的组合是常用的组合导航系统之一。对于磁力计和磁力计/惯导组合的研究大多集中于对磁力计的前期标定。由于磁力计容易受到干扰的缺点，所以在使用磁力计前需要对其进行标定修正。常用的磁力计标定方法分为两类，离线标定方法和在线标定方法。

离线标定磁力计的方法主要有基于椭球拟合法和基于粒子群优化的标定法。文献“Fang,J.,Sun,H.,Cao,J.,Zhang,X.,Tao,Y.(2011).A novel calibration method ofmagnetic compass based on ellipsoid fitting.IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement,60(6),2053–2061.”提出使用椭球拟合的思想标定磁力计，该方法的优点在于算法简单、计算量小，但是精度低则是该方法的缺点。文献“Wu Z,Wu Y,Hu X,Wu M(2011)Calibration of three-axis strapdown magnetometers usingParticle Swarm Optimization algorithm.ROSE 2011-IEEE International Symposiumon Robotic and Sensors Environments,Proceedings,(Fanedd 200897)160–165”提出使用粒子群优化算法来标定磁力计。该方法对于标定精度有了较大的提高。同时不需要设置初始值，从而增强了标定算法的鲁棒性，但是计算量也随之增加了。并且标准的粒子群优化算法具有可能收敛到局部最优而不是全局最优的问题。针对这个问题，文献“Ali,A.,Siddharth,S Syed Z,El-Sheimy,N(2012)Swarm optimization-based magnetometercalibration for personal handheld devices.Sensors(Switzerland),12(9)12455–12472”提出使用延伸的粒子群优化算法来解决此类问题。文献“Riwanto B A Tikka TKestila A,Praks,J(2017)Particle Swarm Optimization with Rotation AxisFitting for Magnetometer Calibration.IEEE Transactions on Aerospace andElectronic Systems,53(2)1009–1122”提出使用磁力计和惯导系统组合标定，将惯导系统的输出值作为观测量，增加了系统的观测量数量，提高了系统的可观测性，从而提高了标定速度。然而，离线标定方法有个致命的缺陷就是缺乏适应性和可重复性，当环境发生改变后，离线标定的结果就不可再使用了。