[发明专利]一种在线改进滤波误差的滤波器设计方法

说明书

一种在线改进滤波误差的滤波器设计方法，根据惯性导航系统和GPS接收机的应用要求，采用位置、速度松组合模式下的间接法闭环校正对间接法取得的滤波估值进行处理，而后对滤波估值进行简易化设计，再将简易化后的系数矩阵代入间接法闭环，通过不断对系统模型参数、噪声统计特性和状态增益阵进行在线估算或修正，从而实现在线改进滤波器设计参数，以缩小实际滤波误差，通过本发明设计出的滤波器结构简单，既方便实际工程的具体实现，又有利于计算机实施计算，且滤波效果良好，能有效提高滤波精度。

技术领域

本发明涉及滤波器设计技术领域，尤其涉及一种在线改进滤波误差的滤波器设计方法。

背景技术

在GPS/INS组合导航系统中，常用卡尔曼滤波对导航参数进行估计，经典的卡尔曼滤波器应用的一个重要先决条件是必须准确知道噪声的统计特性，但由于实际系统本身的元器件(加速度计和陀螺)的不稳定性，同时估计环境不是一直不变，如GPS的多路径误差和SA误差等，这给系统噪声和观测噪声的准确描述带来困难。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种在线改进滤波误差的滤波器设计方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种在线改进滤波误差的滤波器设计方法，根据惯性导航系统和GPS接收机的应用要求，采用位置、速度松组合模式下的间接法闭环校正对间接法取得的滤波估值进行处理，而后对滤波估值进行简易化设计，再将简易化后的系数矩阵代入间接法闭环，通过不断对系统模型参数、噪声统计特性和状态增益阵进行在线估算或修正，从而实现在线改进滤波器设计参数，以缩小实际滤波误差，达到提高导航系统精度和可靠性的目的；具体步骤如下：

1)根据惯性导航系统和GPS接收机的应用要求，采用位置、速度松组合模式下的间接法闭环校正对间接法滤波估值进行处理；

①选取系统状态方程的状态矢量

在位置、速度松组合模式的状态量中选取3个位置误差分量、3个速度误差分量和3个姿态角误差分量，同时采用状态扩充法解决有色噪声，将陀螺仪和加速度计的误差作为状态量扩充至误差方程中：

系统状态方程：

通过上述计算得三维平台误差角、三维速度误差和三维位置误差，而后将三维平台误差角、三维速度误差和三维位置误差作为系统状态方程的状态矢量，由卡尔曼滤波获得各自的估算值，通过估算值以修正惯性导航系统的输出，从而提高导航精度；

②选取系统白噪声

取陀螺仪随机白噪声漂移(ω_gx、ω_gy、ω_gz)、加速度计随机白噪声漂移(ω_ax、ω_ay、ω_az)及陀螺仪一阶马尔科夫驱动白噪声(ω_rx、ω_ry、ω_rz)作为系统白噪声W(t):

W(t)＝[ω_gx ω_gy ω_gz ω_rx ω_ry ω_rz ω_ax ω_ay ω_az]^T；

③设置系统状态转移矩阵与系统噪声系数矩阵

并对系统状态转移矩阵F(t)及系统噪声系数矩阵G(t)进行赋值；

④选取系统测量方程的测量矢量

系统测量方程

其中，下标I表示惯性导航系统的信息，下标G表示GPS的信息，