一种用于捷联惯性/多普勒组合导航系统的自适应滤波方法

摘要

本发明公开了一种用于捷联惯性/多普勒组合导航系统的自适应滤波方法，其目的是提高滤波器在动态条件下的响应速度和滤波精度，并提高捷联惯性/多普勒组合导航系统的定位精度。该方法通过引入关于新息协方差的限定窗口平滑器，利用该新息协方差平滑值直接修正滤波器中的增益矩阵，并引入调节因子对一步预测均方误差进行修正，进而达到改善滤波器动态响应速度以及提高滤波精度的目的。本发明所设计的自适应滤波方法用于捷联惯性/多普勒组合导航系统中，有效地提高了组合系统在动态条件下的导航定位精度。

主权项

1.一种用于捷联惯性/多普勒组合导航系统的自适应滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用捷联惯性导航系统中惯性测量单元测得沿载体系相对惯性空间的角速率和加速度分量信息，并与系统的初始位置、速度以及姿态信息一起进行捷联惯导解算，得到载体实时的位置、速度和姿态信息；步骤二：根据捷联惯导系统的误差方程选取状态变量，建立系统的状态方程，并选取经纬度误差、速度误差以及失准角作为状态变量；利用多普勒导航系统与捷联惯导系统所提供速度的差值作为量测变量，建立组合导航系统的量测方程；步骤三：经过连续系统离散化处理后，对组合导航系统进行滤波估计；首先更新状态一步预测值及其均方误差P_k,k-1，并利用k时刻量测信息Z_k和滤波器的一步预测值计算k时刻的新息序列ε_k；再确定平滑窗口的宽度N，并借助量测新息序列ε_k建立关于新息协方差的N步限定窗口平滑器所述的一步预测值：    ${\hat{X}}_{k,k-1}={\Phi }_{k-1}{\hat{X}}_{k-1}$所述的一步预测均方误差：    $P_{k,k-1}={\Phi }_{k-1}{P}_{k-1}{\Phi }_{k-1}^T+{\Gamma }_{k-1}{Q}_{k-1}{\Gamma }_{k-1}^T$所述的k时刻新息序列：所述的N步新息协方差平滑器：    $C_k^N=C_{k-1}^N+\frac{1}{N}\left[{ϵ}_k{ϵ}_k^T{ϵ}_{k-N}{ϵ}_{k-N}^T\right]$其中，P_k-1表示k-1时刻的滤波均方误差，Q_k-1表示k-1时刻系统噪声协方差，表示k-1时刻状态转移矩阵的转置，表示k-1时刻系统噪声系数矩阵的转置，ε_k表示k时刻的新息序列，和分别是k和k-1时刻的新息协方差N步平滑值，N=10，且当k<N时，步骤四：借助步骤三中得到的关于新息协方差的限定窗口平滑器对k时刻滤波器的增益矩阵K_k进行修正，使得增益矩阵能够根据新息序列的变化直接做出调整；步骤五：利用步骤三中得到的限定窗口平滑器并引入调节因子ρ_k，对滤波器的一步预测估计均方误差P_k,k-1进行修正；步骤六：将步骤三至步骤五中得到的滤波参数带入到自适应滤波器中，并不断重复以上过程完成对导航参数误差的估计；利用输出校正实时修正捷联惯导系统输出的导航信息，从而得到更高精度的导航参数信息，即补偿后的位置、速度和姿态信息，直至捷联惯性/多普勒组合导航过程结束。