一种基于mems/gps组合系统的信息条件匹配滤波估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种组合导航系统的导航参数估计方法，尤其涉及MEMS/GPS组合导航 系统中的信息条件匹配滤波方法，可用于导航估计领域。
【背景技术】
[0002] 随着MEMS惯性仪表技术以及军用武器的小型化和智能化发展，MEMS体积小，成本 低，功耗低等优势越来越明显，基于MEMS的惯性/GPS组合导航系统可应用于空地制导武器， 如航空制导炸弹，火箭弹、智能炮弹、无人机、无人靶机等军用领域，也可用于机器人控制、 车载定位定向和微小型船舶系统、卫星通信等民用领域。MEMS惯性仪表单独使用，存在随着 时间累计误差漂移现象，同时由于精度相对低，因此需要和GPS导航系统组合，构成完整的 组合系统，发挥各自优势，获得准确的导航信息。
[0003] 基于kalman的组合滤波技术的成熟也应用于工程实际，算法框架和流程相对固 定，但是在不同的应用状态下，并不能一概而论，依据不同的载体需要做细致的分析和规 划。目前大部分工程应用并未完全考虑实际运动过程中的测量误差和误差效应，均采用一 种解算流程和误差方程通用的思路，因此需要做技术改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种基于MEMS/GPS组合系 统的信息条件匹配滤波估计方法，该方法可用于不同运动状态的载体测量，环境适应性强， 将获得的测量信息进行筛选和条件匹配，来判断进行组合滤波，获得估计结果，并提高了估 计的准确程度。
[0005] 本发明的技术解决方案：
[0006] -种基于MEMS/GPS组合系统的信息条件匹配滤波估计方法，步骤如下：
[0007] (1)将MEMS/GPS组合系统安装在载体上，在载体运动过程中，MEMS惯性仪表实时测 量载体坐标系下运动载体的三轴加速度以及三轴角速度值，同时获得GPS测量的在地理坐 标系下运动载体的三轴速度和位置信息；
[0008] (2)对步骤（1)中所述MEMS惯性仪表测量得到的载体坐标系下的运动载体三轴加 速度以及三轴角速度值进行条件筛选匹配，剔除测量野值和无效值，满足筛选条件情况下 进行捷联导航解算；
[0009] (3)对步骤（1)中所述GPS测量得到的地理坐标系下运动载体的三轴速度和位置信 息进行条件筛选匹配，满足筛选条件的情况下表示GPS测量得到的运动载体的三轴速度和 位置信息有效，进入步骤(4)，否则表示无效，直接进行捷联导航解算；
[0010] (4)根据所述载体的运动状态确定进行捷联导航解算或者组合导航解算，进行捷 联导航解算时，得到载体的导航信息，该导航信息包括速度信息、位置信息和姿态信息；
[0011]进行组合导航解算时，得到载体的速度误差、位置误差、姿态误差和MEMS惯性仪表 误差；
[0012] 所述载体的运动状态包括加减速状态、转弯状态和低速运行状态；
[0013] (5)将步骤（4)通过组合导航解算得到载体的速度误差、位置误差、姿态误差和 MEMS惯性仪表误差，分别设置速度误差修正量、位置误差修正量、姿态误差修正量以及仪表 误差修正量，对所述MEMS/GPS组合系统进行误差校正，最终获得准确的导航信息，完成基于 MEMS/GPS组合系统的信息条件匹配滤波估计。
[0014] 所述步骤(2)对三轴角速度值进行条件筛选匹配通过下述公式进行：
[0016]
_ Δ Gyro_x(k)为第k时刻 的X轴角速度值Gyro_x (k)与第k-1时刻的X轴角速度值Gyro_x (k-1)之间的差值，Δ Gyro_x (k-1)为第k-1时刻的X轴角速度值Gyro_x(k-l)与第k-2时刻的X轴角速度值Gyro_x(k-2)之 间的差值；
[0017]
，Δ Gyro_y(k)为第k时刻的Y 轴角速度值Gyro_y (k)与第k-1时刻的Y轴角速度值Gyro_y (k-1)之间的差值，Δ Gyro_y (k-1)为第k-1时刻的Y轴角速度值Gyro_y(k-l)与第k-2时刻的Y轴角速度值Gyro_y(k-2)之间 的差值；
[0018]
; AGyro_z(k)为第k时刻的Z轴 角速度值Gyro_z (k)与第k-1时刻的Z轴角速度值Gyro_z (k-1)之间的差值，Δ Gyro_z (k-1) 为第k-1时刻的Z轴角速度值Gyro_z(k-l)与第k-2时刻的Z轴角速度值Gyro_z(k-2)之间的 差值；
[0019] Yuzhi_Gyro_x、Yuzhi_Gyro_5^PYuzhi_Gy;ro_z 为角速度预设阈值，K_Gyro_x、K_ Gy r o_y和1(_67 r o_z为角速度比例系数。
[0020] 所述步骤(2)对三轴加速度值进行条件筛选匹配通过下述公式进行：
[0022]
, AAcc_x(k)为第k时刻的X 轴加速度值Acc_x(k)与第k-Ι时刻的X轴加速度值Acc_x(k-1)之间的差值，Δ Acc_x(k-1)为 第k-Ι时刻的X加角速度值Acc_X(k-l)与第k-2时刻的X轴加速度值Acc_X(k-2)之间的差值；
[0023]
AAcc_y(k)为第k时刻的Y轴加 速度值Acc_y (k)与第k-1时刻的Υ轴加速度值Acc_y (k-1)之间的差值，Δ Acc_y (k-1)为第k-1时刻的Y轴加速度值Acc_y(k-1)与第k-2时刻的Y轴加速度值Acc_y(k-2)之间的差值；
[0024]
. AAcc_z(k)为第k时刻的Z轴加速 度值Acc_z(k)与第k-1时刻的Z轴加速度值Acc_z(k-1)之间的差值，Δ Acc_z(k-1)为第k-1 时刻的Z轴加速度值Acc_z (k-1)与第k-2时刻的Z轴加速度值Acc_z (k-2)之间的差值；
[0025] Yuzhi_Acc_x、Yuzhi_Acc_5^PYuzhi_Acc_z为加速度预设阈值，K_Acc_x、K_Acc_y 和1(_4(^_2为加速度比例系数。
[0026] 所述角速度预设阈值和角速度比例系数具体为：
[0028]所述加速度预设阈值和加速度比例系数具体为：
[0030]所述步骤(3)对GPS测量得到的地理坐标系下运动载体的三轴速度和位置信息进 行条件筛选匹配，具体为：
[0033]
为GPS经度测量值与惯导解算的经度值之差，Δ Lat为GPS炜度测量值与惯导解算的炜度值 之差，△ Heigh为GPS高度测量值与惯导解算的高度值之差，AVe为GPS东向速度测量值与惯 导解算的东向速度值之差，A Vn为GPS北向速度测量值与惯导解算的北向速度值之差，AVu 为GPS天向速度测量值与惯导解算的天向速度值之差。
[0034] 所述步骤(4)根据所述载体的运动状态确定进行捷联导航解算或者组合导航解算 具体为：
[0035] (7.1)判断载体是否处于加减速状态，如果处于加速或者减速状态，则进行捷联导 航解算，否则进入步骤(7.2);
[0036] 通过载体的前向加速度来判断载体的加减速状态：|Acc_y | 2 lm/s~2;
[0037] (7.2)判断载体是否处于转弯状态，如果处于转弯状态，则进行捷联导航解算，否 则进入步骤(7.3);
[0038]用天向的陀螺来进行弯道检测，|Gyr〇_z 20°/s;
[0039] (7.3)判断载体是否处于低速运行状态，如果处于低速运行状态，则进行捷联导航 解算，否则进行组合导航解算；
[0041]所述步骤(5)中将通过组合导航解算得到载体的速度误差、位置误差、姿态误差和 MEMS惯性仪表，分别设置速度误差修正量、位置误差修正量、姿态误差修正量以及仪表误差 修正量，对所述MEMS/GPS组合系统进行误差校正，最终获得准确的导航信息，具体为：
[0042]令速度误差修正量等于速度误差值，位置误差修正量等于位置误差值，姿态误差
其中，Δ φ/、Δ φ/和Δ φ/为姿态误差修正量的 三轴分量，Δ φχ、Δ φ^ΡΔ φζ为通过组合导航解算得到载体的姿态误差三轴分量，PjP