[发明专利]基于联邦滤波器的双GPS/SINS的组合导航方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于联邦滤波器的双GPS/SINS的高容错性、高精度的组合导航方法及系统，方法包括，对微型捷联惯性导航系统的导航的解算，建立捷联惯性导航系统与GPS导航系统的状态方程和量测方程，对联邦滤波器的结构和信息分配系数进行设计，设计导航系统出现故障时所采用的容错处理方式。与传统的GPS/SINS导航系统相比，本方法的提出提高了传统GPS/SINS组合导航系统的精度，并在容错性方面有了很大的提升，增强了系统的健壮性，能够更好的完成导航任务。

技术领域

本发明属于容错式组合导航领域，特别是一种应用于无人机的高容错、高精度组合导航方法及系统。

背景技术

容错组合导航系统的研究主要包括两个方面的内容，第一是组合导航，第二是容错技术。其中组合导航是指将各种传感器的量测数据，通过多源信息融合技术将这些数据有机的结合在一起，最终给出载体的姿态、速度、位置等导航信息，容错技术是指能够及时地对系统工作时产生的故障进行检测，实时地将故障子系统进行隔离，并且完成对剩余子系统的重组，使整个导航系统正常的运行。前者主要的工作是提高导航系统的导航精度，而后者是保证系统的健壮性，保证系统能够正常、稳定地运行。

目前，无人机的室外导航定位技术主要有卫星导航、惯性导航、多普勒导航、无线电导航、天文导航等。每种单一的导航系统都有各自的优点和不足之处，随着各种辅助导航手段和现代估计技术的发展，多传感器组合导航系统在近年来获得了广泛的应用。在众多的组合导航方式里，GPS和惯性导航系统的组合被称为黄金组合，两者之间很好的克服了彼此的缺点，取长补短，使组合后的导航精度高于两个系统单独工作的精度。对于GPS/INS的组合导航方式，主要有松组合、紧组合和深组合。针对小型无人机，其导航计算机运算量较小，使得紧组合和深组合的导航方式很难在小型无人机的导航中使用。

同时，组合导航系统通常需要在高动态的环境下进行长时间的工作，这必然会增大传感器发生故障的概率。组合导航系统所采用的故障检测方法有残差检验和状态卡方检验、广义似然比、累积和和序贯概率比检验等。在组合导航系统中，状态卡方检测由于其在计算复杂度和正确性之间的平衡而被广泛采用。状态卡方检测是一种统计假设检验方法，用于检验随机向量是否假设均值和和协方差，它用于测试滤波器和状态传播器状态估计的一致性。状态卡方检测方法对突变故障的检测具有较高的灵敏度，但是针对缓变故障，其刚开始故障量较小，状态卡方检测方法不能及时检测出故障。因此，在发生缓变故障前期，可能会对整个导航系统的导航性能造成不利的影响。

因此，针对小型无人机，改进组合导航的方式，以及提升整个导航系统的健壮性是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对目前小型无人机长时间导航精度不足，导航系统对于缓变性故障检测不及时，导致精度下降的问题，提供一种基于联邦滤波器的双GPS/SINS的组合导航方法及系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于联邦滤波器的双GPS/SINS的组合导航方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，基于上一时刻捷联惯性导航系统SINS的载体的位置、速度和姿态角，以及当前SINS采集的比力和角速度进行解算，将SINS中的惯性传感器采集的信息转化成导航系统所需要输出的导航参数，即当前时刻载体的姿态、位置和速度；

步骤2，利用步骤1解算出的参数与GPS接收机自身的导航参数，构建每个GPS/SINS组合子系统所需的量测量；

步骤3，将子系统的状态量和量测量传入子滤波器中，对子系统的状态进行滤波估计；

步骤4，根据子系统滤波后的状态量，判断该子系统是否出现故障，并对故障子系统进行隔离；

步骤5，将无故障子系统的输出量传入到主滤波器中，进行全局最优融合，输出双GPS/SINS组合系统的全局最优估计值；