专利名称：一种惯性/卫星组合导航系统开闭环混合修正方法
技术领域：
本发明属于导航技术领域，涉及一种惯性/卫星组合导航系统开闭环混合修正方法。
背景技术：
目前，在导航系统中，基于系统噪声或量测噪声方差自适应计算的自适应卡尔曼滤波修正方法，普遍存在着计算量较大、程序编制较为复杂的问题。文献[l]ffeidong Ding, Jinling Wang and Chris Rizos. Improving Adaptive Kalman Estimation in GPS/INS Integration[J]. THE JOURNAL OF NAVIGATION(2007), 60, 517-529 ([IJffeidong Ding, Jinling Wang and Chris Rizos.在 GPS/INS (惯性导航系统)组合中改善卡尔曼估计。导航杂志(美国M2007)，60，P.517-P.5^)。其主要方法是计算自适应噪声方差阵&。分三个步骤1)先采用点数为m的滑动窗口计算新息(残差)的均方误差阵
ι m~\E{dkdTk} 二一( 1 )其中的新息(残差)为dk =Zk-HkXk(2)状态一步预测为名=Φ^Λ-丨(3 )Zk为量测值，Hk为量测方程系数矩阵，φ^为一步转移阵，iw为状态估计值。2)计算缩放比例系数 1
a =
/=0
) 4 C-
trace{HkPk-H'k}
其中为一步预测均方误差阵，traced表示矩阵的迹。 3)计算自适应噪声方差阵Qk=Qk_xyfa(5)上述(1)式和(4)式的计算都较为复杂，另外如何预先确定点数m也有难度，么只能整体按比例‘变化，单独的系统噪声方差无法做自适应变化。文献[2]Christopher Hide,Terry Moore and Martin Smith. Adaptive Kalman Filtering Algorithms for Integrating GPS and Low Cost INS[C]//2004IEEE 227-233 ([2] Christopher Hide, Terry Moore and Martin Smith.用于 GPS 和低成本 INS 组合的自适应卡尔曼滤波算法[C]//2004IEEE，P. 227-P. 233)。其主要内容是比较了三类自适应卡尔曼滤波算法。这三类算法为A.方差按比例缩放/过程噪声按比例缩放方法一
权利要求
1. 一种惯性/卫星组合导航系统开闭环混合修正方法，其特征是，1)自适应获得卡尔曼滤波器量测噪声方差值在惯性/卫星组合导航系统中预先设定的量测噪声固定方差值为Rtll, R02, · · · R0m,卡尔曼滤波器已获得的量测值为Z1, Z2,... Zffl,卡尔曼滤波器已获得的与量测值对应的估计均方误差阵P中对应的对角线元素为PL1;PL2，... PLm，待计算的量测噪声方差值为R1A2，... Rffl, 一个闭环修正周期内的新闭环修正值为SB1, SB2, ... ，预置闭环修正量状态字A的初始值为0，预置闭环修正计时器B的初始值为0。获得量测噪声方差值的步骤如下①等待和判断卫星接收机秒脉冲是否在0.9s 1. Is内到。如果是，则转入下一步；如果否，则卫星接收机出现故障，停止组合导航，转入纯惯性导航；②等待和判断在卫星接收机秒脉冲到来后的950m内卫星导航数据包是否到。如果是， 则转入下一步；如果到950ms数据包一直未到，则按照惯导输出数据总线周期作时间更新， B = B+1，转到①；③判断是否满足闭环修正的卫星状态字有效和闭环修正周期秒数的条件。如果满足， 则转入下一步；如果不满足，则按照惯导输出数据总线周期作时间更新，B = B+1，转到①；④使得IZ112与PL1的单位相同、I Z212与PL2的单位相同、...I Zj2与PLffl的单位相同；⑤分别判断量测值和估计均方误差阵P中对应的对角线元素，获得量测噪声方差值是否 IZ11 VPL1 ( ι。如果是，则 R1 = R10 ；如果否，则 R1 = R10^IZ1IVpl10是否IZ21 VPL2彡ι。如果是，则R2 = R20 ；如果否，则 & = &q*|Z2|7pl2。是否I zm I Vpldi彡ι。如果是，则Rm = Rm0 ；如果否，则 Rm = Rmtl* IzmI 2/PLm。⑥将量测噪声方差值R1A2，...Rm置于卡尔曼滤波器中处理，获得本闭环修正周期内的闭环修正量SB1, SB2,. . . SBm,闭环修正量状态字A= 1，同时闭环修正计时器B自动累加1 ；⑦重复①-⑥步骤。2)开环修正量更新在惯性/卫星组合导航系统中设定按秒脉冲更新的初始更新开环修正量是Sp S2,… &，实际更新开环修正量SSi、S&、，累积的开环修正总量是LSpLS、"4 ，初始值均为0，预先设置开环修正系数a，a大于0并小于惯导数据总线频率的倒数。开环修正量更新的步骤如下(1)、等待和判断卫星接收机秒脉冲是否在0.9s 1.Is内到。如果是，则转入下一步；如果否，分为两种情况如果秒脉冲未到，但还未结束0. 9s 1. Is的时间遍历，则转到 (10)，做开环修正量固定值的累加；如果已结束0.9s 1. Is的时间遍历，秒脉冲仍未到，则卫星接收机出现故障，停止组合导航，转入纯惯性导航；(2)、锁定惯性/卫星组合导航系统上的卫星接收机秒脉冲到来时刻的惯导没有经过开环修正的相应数据Ins1, Ins2,. . . InsK,并存储到惯性/卫星组合导航系统上的内存单元中；(3)、等待和判断在卫星接收机秒脉冲到来后的950m内卫星导航数据包是否到。如果是，则转入下一步；如果到950ms数据包一直未到，则停止开环修正量累加，按照惯导输出数据总线周期作时间更新，B = B+1，转到(1)；如果还未到950ms且数据包一直未到，则转到(10)；G)、根据卫星导航数据包的状态字判断卫星导航数据是否可用。如果是，则进入下一步；如果否，则停止开环修正量累加，按照惯导输出数据总线周期作时间更新，B = B+1，转到⑴；(5)、在惯性/卫星组合导航系统中的卫星接收机秒脉冲对应卫星导航数据包到来时， 从数据包中取出卫星导航的对应数据Sat1, Sat2, . . . SatK ；(6)、根据取出的卫星导航对应数据和存储的惯导对应数据，计算初始开环修正量S” S2λ …SK，S1 = Ins1-Sat1, S2 = Ins2-Sat2, ".Sk = InsK_SatK ；(7)、判断状态字A是否为1且闭环修正计时器B是否小于300秒；(8)、如果是，就从开环修正量SpS2,…、先减去当前时刻的累积开环修正量IA、 LS2, "4 ，再减去即将使用的闭环修正量SB1;S4，. . . SBm中与开环修正量相对应的量SB1, SB2, ...S&，得到新的开环修正量SSp SS2、…化^计算出本时刻开始的实际开环修正量 a*SS”a*SS2、…、；用开环修正量 a+SSpa+SSy …、和闭环修正量 SBpSh，. . . SBk 同时做开环和闭环修正，实际上是把开环修正量a^SSpa^S^、…、分别累加到累积开环修正量IA、LS2、."IAi中，持续用累积开环修正量IA、LS2、…!^对惯导的相应输出数据分别作开环修正，并置A = 0，B = 0 ；(9)、如果否，则只从量测数据中减去当前时刻的累积开环修正量LS”LS2、"ISk，得到新的开环修正量SS^ SS2,…化！^；计算出本时刻开始的实际开环修正量E^SSp a*SS2、…、 a*SSK ；只用开环修正量a*SS1、a*S&、…、做开环修正，实际上是把开环修正量a*SSp a*SS2、…、分别累加到累积开环修正量ΙΑ、LS2, -LSk中，持续用累积开环修正量 LS1^LS2, ."IAi对惯导的相应输出数据分别作开环修正，并置B = B+1 ；(10)、按照惯导输出数据总线周期作时间更新，再次将开环修正量a*SSi、a*SS2、…、 a*SSK分别累加到累积开环修正量IA、LS2, -LSk中，持续用累积开环修正量LS1, LS2,…对惯导的相应输出数据分别作开环修正；(11)、回到(1)。
全文摘要
本发明属于导航技术领域，涉及一种惯性/卫星组合导航系统开闭环混合修正方法。本发明采用开闭环修正结合的方法对惯性卫星导航系统的误差量进行修正。在闭环修正中采用了自适应获得卡尔曼滤波器量测噪声方差值的方法，方法简便易行、实施难度较小，可有效抑制卫星导航数据的跳变异常、以及长时间不组合后进入组合状态时修正量的较大波动，提高了闭环修正的准确性和稳定性；在开环修正中对所采集的量测量实行每秒实时更新，修正频率与惯导数据总线频率相同，不同频率的闭环和开环修正采用按卫星导航接收机秒脉冲同步的方法，做到了无缝连接，误差修正迅捷且平滑，解决了闭环修正容易干扰开环修正的难题。
文档编号G01S19/39GK102426373SQ201110267189
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者张晓冬, 杨卫平, 薛涛, 谭宏光, 魏伟 申请人:中国航空工业第六一八研究所