一种基于多源信息融合的组合导航方法和设备与流程

技术特征：

1.一种基于多源信息融合的组合导航方法，其特征在于，包括：

获取多源导航信息，包括从设置于飞行器上的全球卫星导航系统GNSS、惯性导航系统INS、多模区域差分增强系统MLDAS、气压高度表和守时设备中的一个或者多个中获取导航相关信息；

采用联邦滤波器对所述多源信息进行融合处理，所述联邦滤波器包括一个主滤波器和与所述主滤波器相连的多个局部滤波器，其中：将每一种多源导航信息与一参考信号共同输入至一局部滤波器；触发各局部滤波器分别计算局部估计值和误差协方差阵；触发主滤波器对参考信号进行滤波，以及根据各局部滤波器的输出结果和自身对所述参考信号的滤波结果进行最优融合，得到全局最优估计值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

通过一卡尔曼EKF滤波器对GNSS信号与INS信号进行紧组合滤波，融合得到所述参考信号，包括：获取以地心惯性坐标系ECI为导航坐标系下，GNSS系统伪距测量结果与根据相应的INS系统导航解算得到的伪距预测结果之差，和GNSS伪距率与根据相应的INS系统导航解算得到的伪距率之差，综合所述两差值构成EKF量测方程，执行导航误差状态估计；

使用所述导航误差状态估计对INS系统的参数进行校正；以及量测校正数据输入ECI坐标系下的INS系统的力学编排，解算得到飞行器最优PVA估计值作为所述参考系统的输出。

3.如权利要求2的方法，其特征在于：采用所述EKF滤波器对GNSS系统和INS系统进行紧组合滤波时采用开环形式或者闭环形式，其中：

在采取开环形式时，包括时间更新过程和量测更新过程，其中：

时间更新公式为：

量测更新公式为：

在采取闭环形式时，包括时间更新过程、量测更新过程和自适应反馈校正过程，其中：

时间更新公式为：

量测更新公式为：

自适应反馈校正公式为：

其中：表示系统当前时刻状态估计值；表示系统状态一步预测值；Ki(k)表示系统当前时刻滤波增益阵；Pi(k/k-1)表示系统状态一步预测误差估计协方差阵；Pi(k/k)表示系统状态误差估计协方差阵；Qi(k-1)表示系统状态噪声阵；Ri(k)表示量测噪声阵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

触发各局部滤波器对输入信号进行融合时：

时间更新公式：

X ^ i ( k / k - 1 ) = Φ i ( k / k - 1 ) X i ( k - 1 ) P i ( k / k - 1 ) = Φ i ( k / k - 1 ) P i ( k - 1 ) Φ i T ( k / k - 1 ) + Γ i ( k - 1 ) Q i ( k - 1 ) Γ i T ( k - 1 ) ]]>

量测更新公式：

K i ( k ) = P i ( k / k - 1 ) H i T ( k ) ( H i ( k ) P i ( k / k - 1 ) H i T ( k ) + R i ( k ) ) - 1 P i ( k / k ) = ( I - K i ( k ) H i ( k ) ) P i ( k / k - 1 ) [ I - K i ( k ) H i ( k ) ] T + K i ( k ) R i ( k ) K i T ( k ) X ^ i ( k / k ) = X ^ i ( k / k - 1 ) + K i ( k ) [ Z i ( k ) - H i ( k / k ) X ^ i ( k / k - 1 ) ] ]]>

触发主滤波器对输入信号进行融合时：

全局的最优估计值公式为：

最优估计方差阵公式为：

5.如权利要求1的方法，其特征在于，联邦滤波中的信息分配原则为：

P i - 1 ( k ) = β i P g - 1 ( k ) X ^ i ( k ) = X ^ g ( k ) Q i - 1 ( k ) = β i Q g - 1 ( k ) , ( i = 1 , 2 , ... , N ) ]]>

其中，βi为信息分配因子，需满足信息守恒原理：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

使用全局最优估计值对参考信号进行校正，以及反馈重置各局部滤波器和主滤波器；

其中，局部滤波器重置公式为：

主滤波器重置公式为：

其中，βi为“信息分配系数”，用来对主、子滤波器进行信息分配，且满足信息守恒原则：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

在获取GNSS系统信号时，获取GPS导航卫星信号、GLONASS导航卫星信号、GALILEO导航卫星信号和北斗导航卫星信号中的一种或者多种；将所述一种或者多种导航卫星信号进行时空归一化处理后，进行数据融合处理后输出，作为GNSS系统信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

在各服务区内设置多个参考站，用于提供差分改正数；

经广播或网络接收各服务区内参考站提供的差分改正数，从GNSS系统获取GNSS信号；以及，利用差分改正数对GNSS伪距进行差分改正，利用载波相位观察量平滑GNSS伪距计算，组建GNSS伪距观察方程，以最小二乘法求解定位结果。

9.一种基于多源信息融合的组合导航设备，其特征在于，包括：

导航相关的多源信息系统，包括全球卫星导航系统GNSS、惯性导航系统INS、多模区域差分增强系统MLDAS、气压高度表和守时设备中的一个或者多个；

用于将对多源信息进行融合处理的联邦滤波器，所述联邦滤波器包括一个主滤波器和多个局部滤波器，其中：每一多源信息系统均与一参考系统共同输入至一局部滤波器；各局部滤波器分别将计算出的局部估计值和误差协方差阵输出至所述主滤波器；所述主滤波器还与所述参考系统相连，用于根据各局部滤波器的输出结果和自身对所述参考系统的滤波结果进行最优融合，得到全局最优估计值。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述参考系统包括GNSS系统、INS系统、卡尔曼EKF滤波器和反馈电路，其中：

所述EKF滤波器，用于对GNSS系统和INS系统进行紧组合滤波，包括：获取以地心惯性坐标系ECI为导航坐标系下，GNSS系统伪距测量结果与根据相应的INS系统导航解算得到的伪距预测结果之差，和GNSS伪距率与根据相应的INS系统导航解算得到的伪距率之差，综合所述两差值构成EKF量测方程，执行导航误差状态估计；

所述反馈电路，用于使用所述导航误差状态估计对INS系统的参数进行校正；以及量测校正数据输入ECI坐标系下的INS系统的力学编排，解算得到飞行器最优PVA估计值作为所述参考系统的输出。