[发明专利]一种基于GPS/GLONASS/气压表组合系统的自适应导航方法及系统

权利要求书

1.一种基于GPS/GLONASS/气压表组合系统的自适应导航方法，包括以下步骤：

步骤1.采用双模天线接收到卫星信号后将信号分成两路，一路信号经GPS基带处理器进行处理，另一路信号经GLONASS基带处理器进行处理，处理后的两路信号进行时间和坐标系的转化，两路信号时间和坐标系被统一后，信号被送入信息联合解算单元进行双模组合定位；

步骤2.信息联合解算单元输出GPS/GLONASS的组合信息，包括目标的位置、速度和加速度信息，由于双星系统增加了卫星的个数，优化了卫星的几何结构，因此其高程方向上的定位精度比采用单星导航系统有了明显地提高，这也是双星定位系统的一大优势；

步骤3.采用高精度气压高度表再次对GPS/GLONASS导航模式进行增强，采用自适应滤波器将GPS/GLONASS的位置信息与气压高度表提供的高程信息进行融合，从而增强导航系统的精度和可靠性；

所述步骤3中自适应滤波器将GPS/GLONASS的位置信息与气压高度表提供的高程信息进行融合采用的是自适应滤波算法，具体包括：

(1).系统状态方程建立

对于GPS/GLONASS/气压表组合导航系统，状态变量可取为：

X＝[x_e v_e a_e x_n v_n a_n x_h v_h a_h q_h]

其中，x_e、x_n、x_h分别为机动载体东向、北向和垂直高度方向位置分量，单位为m；v_e、v_n、v_h分别为机动载体东向、北向和垂直高度方向速度分量，单位为m/s；a_e、a_n、a_h分别为机动载体东向、北向和垂直高度方向加速度分量，单位为m/s²；q_h为气压高度表高度值的相对误差，单位为m，可采用一阶马尔柯夫过程描述q_h；

其中，为相关时间常数，为噪声向量；

通过离散化处理方法，可得到离散状态方程为：

X(k+1)＝A(k+1,k)X(k)+U(k)+W(k)

其中，为状态转移矩阵，

A_j＝[A_j1 A_j2 A_j3]^T，

j＝{e,n,h}，

T为采样周期，U(k)为离散控制输入矩阵，过程噪声W(k)的协方差矩阵Q(k)＝E[W(k)W^T(k)]，U(k)、Q(k)可通过一种车载组合导航系统的联邦滤波新算法计算；

(2).GPS/GLONASS模块将输出机动载体的经度L、纬度B和高度h，将此输出值作为外部观测量，首先将该值转换到直角坐标系(e_r,n_r,h_r)，另外，将气压高度表的输出值H_r也作为外部观测量并将其转换到直角坐标系；

e_r＝(R_n+h)cosBcosL，n_r＝(R_n+h)cosBsinL，h_r＝[R_n(1-e)²+h]sinB

其中，R_n为地球参考椭球卯酉圈曲率半径，e为第一偏心率；

GPS/GLONASS/气压表观测方程为：

e_r＝x_e+y_e，n_r＝x_n+y_n，h_r＝x_h+y_h，H_r＝x_h+q_h+y_H

其中，y_e、y_n、y_h、y_H是均值为0，方差为的高斯白噪声；

上式的矩阵表达式为：

量测矩阵B(k)为4×4的矩阵，其非零元素B_1,1＝B_2,2＝B_3,3＝B_4,3＝B_4,4＝1；

(3).自适应滤波方程的建立

根据上述状态方程和观测方程，建立自适应滤波方程；

P(k+1,k)＝sA(k+1,k)P(k)A^T(k+1,k)+Q(k)

在等式P(k+1,k)＝sA(k+1,k)P(k)A^T(k+1,k)+Q(k)中，s＞1，s为标量渐消因子，Q(k)为系统噪声矩阵；

K(k+1)＝P(k+1,k)B^T(k+1)[B(k+1)P(k+1,k)B^T(k+1)+R(k+1)]^-1

在等式K(k+1)＝P(k+1,k)B^T(k+1)[B(k+1)P(k+1,k)B^T(k+1)+R(k+1)]^-1中，R(k)为量测噪声矩阵；

P(k+1)＝[I-K(k+1)B(k+1)P(k+1,k)]

令U(k)＝Z(k)-B(k)X(k+1,k)，若在某个时刻t_k-1滤波情况最优，此时U(k)服从如下分布：

U(k)～N(0,B(k)P(k+1,k)B^T(k)+R(k))

令：

D(k)＝U^T(k)[B(k)(A(k+1,k)sP(k+1)A^T(k+1,k)+Q(k))B^T(k)+R(k)]^-1U(k)

D(k)服从自由度为m的中心χ²分布，设定如下检验规则：

在等式中，U是统计检验的比例因子，θ为检测门限；

令η_k为正交矩阵，ζ_k＝[ζ₁ ζ₂ ... ζ_m]^T＝η_kU_k，且满足如下关系式：

令：

上式为滤波器判定函数，当滤波器不满足上式时，表明滤波器滤波效果非最优；

令s＝max(1,L_k(s))，如果L_k(s)＜1，则表示滤波效果最优，此时s＝1；如果L_k(s)＞1，表明滤波效果非最优，此时取s＝L_k(s)，采用标量渐消因子对滤波器进行控制，使滤波器保持稳定并达到滤波最优。