专利名称：用于wsn/ins组合导航的多级非线性滤波器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于WSN/INS组合导航的多级非线性滤波器的控制方法，属于多传感器数据融合领域。
背景技术：
全球定位系统(Global positioning systems, GPS)和惯性导航系统(Inertialnavigation system, INS)均为目前应用最广泛的导航系统之一。其中GPS能够提供精确地，具有持续稳定导航精度的导航信息，但是在室内、高层建筑密集的市区、矿井、隧道等环境下，GPS信号失锁，不能进行定位。INS虽然具有全自主、运动信息全面、短时、高精度的优点，虽然可以实现自主导航，但误差随时间积累，长航时运行条件下将导致导航精度严重下降。因此，INS对GPS导航信息的补偿只能是短期补偿，而目前最为常用的GPS/INS组合导航系统的导航精度依赖于GPS的导航精度，在GPS长时间失锁的情况下，组合导航系统无法提供高精度的导航信息。近年来,无线传感器网络(Wireless Sensors Network, WSN)以其低成本、低功耗和低系统复杂度的特点在短距离定位领域表现出很大的潜力。WSN为在无GPS信号地区，即所谓的“盲区”时，如室内、高层建筑密集的市区、矿井、隧道等环境下未知节点定位提供了可能。但由于WSN采用的通信技术通常为短距离无线通信技术(如ZigBee、WIFI等)，因此若想完成长距离的目标跟踪定位，需要大量的网络节点共同完成，这增加了 WSN的网络负担。除此之外，WSN只能提供位置和速度信息，不能提供全面的运动信息。 为了在GPS长失锁环境下得到长时间的稳定的导航信息，许多学者提出将WSN定位技术引入到低成本的INS系统中，构建WSN/INS组合导航系统，如东南大学Y. Xu,虽然这ー组合方式很好的解决了地下密闭环境下的长距离目标跟踪和导航设备成本高的问题，但是由于现有的低成本INS技术，使得INS系统测量得到的信息(如航向角，加速度信息)准确性大大降低，再加上INS系统本身的误差累积现象，使得低成本INS技术难以提供稳定的导航信息。
发明内容
为了解决低成本INS出现的累积误差的情况，本发明提出了一种用于WSN/INS组合导航的多级非线性滤波器的控制方法，通过预估WSN测量的每ー时刻的速度信息构建载体的航向角信息，将INS测量的航向角的累积误差转为随机误差，使滤波精度得到明显的提高。本发明为解决其技术问题采用如下技术方案
一种用于WSN/INS组合导航的多级非线性滤波器的控制方法，包括下列步骤
(1)组合方法将导航过程分为培训过程和自适应补偿过程两部分，将有WSN信号的导航过程称为培训过程，只有INS信号的导航过程称之为自适应补偿过程；
(2)在培训过程中，在本地相对坐标系中通过构建两个滤波器将INS和WSN进行数据融
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(3)构建扩展卡尔曼滤波器I的系统方程，该系统方程以WSN每ー时刻两个方向的位置速度作为系统状态变量，滤波器的系统方程如式(I)所示，其中T1为采样周期，》^为系统噪声，
权利要求
1.一种用于WSN/INS组合导航的多级非线性滤波器的控制方法，其特征在干，包括下列步骤 (1)组合方法将导航过程分为培训过程和自适应补偿过程两部分，将有WSN信号的导航过程称为培训过程，只有INS信号的导航过程称之为自适应补偿过程； (2)在培训过程中，在本地相对坐标系中通过构建两个滤波器将INS和WSN进行数据融合； (3)构建扩展卡尔曼滤波器I的系统方程，该系统方程以WSN每ー时刻两个方向的位置( ,九)、速度作为系统状态变量，滤波器的系统方程如式⑴所示，其中T1为采样周期，Wli为系统噪声，
全文摘要
一种用于WSN/INS组合导航的多级非线性滤波器的控制方法，属于多传感器数据融合领域。本发明是在WSN/INS组合导航模型中使用两组滤波器。一组滤波器(滤波器1)对WSN测量的载体在两个方向(东向和北向)的位置和速度做预估，用预估的速度计算这一时刻载体运动的航向角并输入到下一滤波器中。另一组滤波器(滤波器2)则对每个时刻INS测量的载体在两个方向的位置误差、速度误差和航向角进行预估。INS测量位置、速度信息与预估出的位置误差、速度误差作差，最终得到最优的导航信息。该方法通过两组滤波器的设计，将传统INS航向角的误差由累积误差转变为随机误差，使滤波精度得到明显的提高。
文档编号G01C21/00GK102692223SQ20121021341
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者徐元, 李庆华, 陈熙源 申请人:东南大学