[发明专利]一种改进粒子滤波的GPS/INS组合导航方法

说明书

本发明公开了一种改进粒子滤波的GPS/INS组合导航方法，包括以下步骤：步骤1，选择GPS/INS松耦合组合导航，以位置信息和速度信息作为观测量，建立状态方程；步骤2，以位置误差和速度误差作为量测值，建立量测方程；步骤3，根据步骤1建立的状态方程和步骤2建立的量测方程构建改进的粒子滤波模型，得到最佳的位置误差估计值和速度误差估计值。本发明方法主要利用建立的GPS/INS状态方程和量测方程，利用改进的粒子滤波算法实现GPS/INS组合导航状态估计。区别于常规的粒子滤波，本发明所采用的改进的粒子滤波依据量测更新，计算粒子权值并归一化之后；提出了选择操作，实现了粒子的多样性；在计算和归一化权值之后，执行重采样步骤，给出状态估计值。

技术领域

本发明涉及卫星导航和惯性导航技术，特别涉及一种基于改进粒子滤波的GPS/INS组合导航方法。

背景技术

惯导(INS)-卫星组合导航(GPS)技术可以利用组合导航信号互补获得较全面的定位和载体姿态参数，消除单一导航体制导航信号易失锁和误差累计的缺陷，有利于形成低成本组合导航系统。实际应用中，一些利用惯导-卫星组合导航系统的应用需要可靠的高精度导航，惯导-卫星组合导航系统高精度导航的实现方式之一是使用粒子滤波器(PF)。文献[1]和[2]等人在利用粒子滤波实现GPS/INS组合导航时，没有解决粒子多样性不足的现象；文献[3]根据当前的观测值估计对应的状态误差，并在确定粒子的权值和重采样前对预测的粒子的误差进行修正。但是也存在样本多样性的数量不足问题。

[1]王林,林雪原,孙炜玮,王萌.改进粒子滤波算法及其在GPS/SINS组合导航中的应用[J].海军航空工程学院学报,2016,31(01):51-57.

[2]杨璐,李明,张鹏.一种新的改进粒子滤波算法[J].西安电子科技大学学报,2010,37(05):862-865+883.

[3]江健,李伟峰,姚健,史国友.改进的粒子滤波算法在船用组合导航中的应用[J].上海海事大学学报,2018,39(02):17-21+65.

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于改进粒子滤波的GPS/INS组合导航方法，本发明方法主要利用建立的GPS/INS状态方程和量测方程，利用改进的粒子滤波算法实现GPS/INS组合导航状态估计。区别于常规的粒子滤波，本发明所采用的改进的粒子滤波依据量测更新，计算粒子权值并归一化之后；提出了选择操作，实现了粒子的多样性；在计算和归一化权值之后，执行重采样步骤，给出状态估计值。

本发明所采用的技术方案是：一种改进粒子滤波的GPS/INS组合导航方法，包括以下步骤：

步骤1，选择GPS/INS松耦合组合导航，以位置信息和速度信息作为观测量，建立状态方程；

步骤2，以位置误差和速度误差作为量测值，建立量测方程；

步骤3，根据步骤1建立的状态方程和步骤2建立的量测方程构建改进的粒子滤波模型，得到最佳的位置误差估计值和速度误差估计值。

进一步地，步骤1中，所述的状态方程如式(1)所示：

式中，表示状态的微分；

X(t)表示系统的误差状态，X(t)是一个15维的向量：

其中，为向平台误差角，为北向平台误差角，为天向平台误差角；为东向的速度误差，为北向的速度误差，为天向的速度误差；δλ为纬度误差，δL为经度误差，δh为高度误差；x为沿载体横轴方向，y为沿载体纵轴方向，z为沿载体竖直方向；ε_x为沿着x方向的陀螺漂移，ε_y为沿着y方向的陀螺漂移，ε_z为沿着z方向的陀螺漂移；为沿着x方向的加速度计零偏，为沿着y方向的加速度计零偏，为沿着z方向的加速度计零偏；