一种多源信息融合量测野值检测抑制方法与流程

本发明属于导航，具体涉及一种多源信息融合量测野值检测抑制方法。

背景技术：

1、实际使用过程中，惯性导航系统具有不受外界干扰、测量频率高、输出信息全面的特点，但受惯性传感器测量误差影响，长时间工作时定位精度下降明显。为了保障使用过程中的导航精度，通常以惯性导航系统为基础，融合其它辅助设备的测量信息，以提高导航系统长时间工作时的定位精度。对于空中飞行的载体，辅助设备通常有卫星导航系统、陆基无线电导航系统、sar雷达匹配定位系统等。卫星导航系统的定位精度不随工作时间的增长而下降，但卫星信号较弱，极易受到干扰；陆基无线电导航系统具有测量精度不随工作时间增长而下降以及抗干扰能力强的特点，但低仰角时不仅易受地形遮挡而导致通视距离受限，而且易受跨区域地面温湿度变化的影响而导致对流层修正精度降级；sar雷达匹配定位系统不易受外界干扰，但飞行高度需满足一定条件，通常在载体飞行末段使用。因此，以惯性导航系统为基础，辅以卫星导航系统、陆基无线电导航系统、sar雷达匹配定位系统，可以实现多源测量信息的融合，充分发挥各系统的优点，达到优势互补的目的。

2、多源信息融合通常以扩展卡尔曼滤波为实现架构，以惯性导航系统的误差模型作为滤波的状态方程，惯性导航解算结果与各辅助系统测量结果的差值作为量测，实现惯性导航系统误差的实时在线估计。在线估计的状态量表征了惯性导航系统的误差值，将其反馈至惯性导航系统，即可实现惯性导航系统的校正，消除累积误差，提高导航精度。多源信息融合估计惯性导航系统误差的过程，本质上是基于已知的量测信息以及惯性导航系统误差的传播规律，求解惯性导航误差的过程。量测信息的品质直接影响惯性导航系统估计的精度和稳健性，因此提高量测信息品质具有重要的意义。

3、量测信息由惯性导航解算结果和各辅助系统测量结果构成。其中，惯性导航系统的测量和输出不受外界干扰，信息品质短时稳定；卫星导航系统受卫星起落、大功率干扰设备影响，输出的定位信息精度时有变化；陆基无线电导航系统受天线方向、载体姿态、地面站仰角、跨区域地面温湿度变化的影响，输出的测距信息存在野点；sar雷达匹配定位系统受基准图精度、匹配精度影响，输出的定位信息精度存在波动。信息融合前，实现卫星导航系统、陆基无线电导航系统、sar雷达匹配定位系统量测信息的野值检测抑制，是提高量测信息品质的重要途径。因此，多源信息融合量测的野值检测抑制，对于提高整个导航系统的精度和稳健性具有重要的意义。

4、目前，量测野值检测抑制的方法主要以卡方检测为主。卡方检测方法主要是通过卡尔曼滤波新息和新息协方差矩阵构建归一化新息方差，比较该新息方差值和设定检测门限的大小，以此决定该新息相关的量测信息是否使用。其中，卡尔曼滤波新息为量测信息与滤波一步预测信息的差值；新息协方差矩阵由状态一步预测协方差矩阵、量测矩阵、预设量测噪声矩阵计算获取；设定检测门限值通常根据需求的显著性水平通过查表获取。

5、状态一步预测协方差矩阵与预设的系统噪声矩阵相关，因此，新息协方差矩阵与预设的系统噪声矩阵和量测噪声矩阵相关。卡尔曼滤波器设计中，系统噪声矩阵和量测噪声矩阵理论上需与实际系统的噪声特性相符，但实际设计过程中，由于系统建模与实际模型存在差异，以及系统动态误差的存在，系统噪声矩阵和量测噪声矩阵通常基于经验进行预设，并结合数学仿真及飞行试验结果进行迭代优化。这种情况会导致预设系统噪声矩阵和量测噪声矩阵与系统实际噪声特性不符，致使通过新息协方差矩阵构建归一化新息方差不够准确，设定检测门限难以查表确定，卡方检测出现检测异常。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多源信息融合量测野值检测抑制方法，首先进行卫星导航系统信息融合量测野值检测抑制；然后进行陆基无线电导航系统信息融合量测野值检测抑制；最后进行sar雷达匹配定位系统信息融合量测野值检测抑制。本发明可以在不依赖滤波协方差矩阵的情况下，仅通过量测信息序列实现野值检测抑制，可有效提高量测信息品质，保障组合导航系统的精度和稳定性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

3、步骤1：卫星导航系统信息融合量测野值检测抑制；

4、导航系统启动后，经初始对准转入组合导航工作状态，扩展卡尔曼滤波器初始化后，每5ms进行惯性导航解算和卡尔曼滤波时间更新，导航计算机根据卫星导航系统周期性提供的量测信息进行野值检测，并根据检测结果实施量测更新。

5、步骤2：陆基无线电导航系统信息融合量测野值检测抑制；

6、导航计算机根据陆基无线电导航系统周期性提供的量测信息进行野值检测，并根据检测结果实施量测更新；

7、步骤3：sar雷达匹配定位系统信息融合量测野值检测抑制；

8、导航计算机根据sar雷达匹配定位系统周期性提供的量测信息进行野值检测，并根据检测结果实施量测更新。

9、进一步地，所述步骤1具体为：

10、步骤1-1：收到卫星导航系统测量信息后，导航计算机根据卫星定位位置、惯性导航解算位置、计算量测信息，并将量测信息存放在数组中，其中，为3行1列矩阵，3个元素分别对应纬度信息、经度信息和高度信息；

11、（1）

12、为3行10列矩阵，的第1个元素放在的第1行，第2个元素放在的第2行，第3个元素放在的第3行；

13、步骤1-2：当量测信息累积存放数量为10时，计算数组中各行元素的绝对中位差，并执行后续步骤，否则重复步骤1-1，具体计算公式如下：

14、（2）

15、式中，为数组*的中位数，为的第1行元素，为的第2行元素，为的第3行元素；

16、由绝对中位差计算量测信息的标准差，如下：

17、（3）

18、步骤1-3：构建权重数组，为3行10列矩阵；逐个判断数组中第行列元素，是否在区间内，若在区间内，对应元素位置置1，否则判断是否在区间内，若不在区间内，对应元素位置置0，否则对应元素位置置，具体计算方式如下：

19、（4）

20、式中，为的第个元素，若在区间内，则有，否则有；

21、步骤1-4：查找数组中的0元素所在列，该列所有元素置0，将数组中的量测信息进行延迟补偿后引入量测更新，滤波新息构建如下：

22、（5）

23、式中，为的第列元素，对应量测矩阵，根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取，为一步预测状态，也根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取；

24、

25、其中，、、分别为的第行列元素；

26、步骤1-5：将滤波新息代入常规扩展卡尔曼滤波模型，实现卫星导航系统信息融合量测野值检测抑制，量测更新结束后，清空数组重新运行步骤1-1~步骤1-5。

27、进一步地，所述步骤2具体为：

28、步骤2-1：收到陆基无线电导航系统测量信息后，导航计算机根据陆基无线电导航测距值、地面站点地心地固系坐标、惯性导航解算地心地固系坐标计算量测信息，并将量测信息存放在数组中，其中，为标量：

29、（6）

30、为1行10列矩阵，、均为3行1列矩阵；

31、步骤2-2：当量测信息累积存放数量为10时，计算矩阵中各行元素的绝对中位差，并执行后续步骤，否则重复步骤2-1，具体计算公式如下：

32、（7）

33、由绝对中位差计算量测信息的标准差，如下：

34、（8）

35、步骤2-3：构建权重数组，为1行10列矩阵；逐个判断数组中第列元素是否在区间内，若在区间内，对应元素位置置1，否则判断是否在区间内，若不在区间内，对应元素位置置0，否则对应元素位置置，具体计算方式如下：

36、（9）

37、式中，若在区间内，则有，否则有；

38、步骤2-4：将数组中的量测信息进行延迟补偿后引入量测更新，滤波新息构建如下：

39、（10）

40、式中，对应量测矩阵，根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取，为一步预测状态，也根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取，为的第列元素；

41、步骤2-5：将滤波新息代入扩展卡尔曼滤波模型，实现陆基无线电导航系统信息融合量测野值检测抑制，量测更新结束后，清空数组重新运行步骤2-1~步骤2-5。

42、进一步地，所述步骤3具体为：

43、步骤3-1：收到sar雷达匹配定位系统测量信息后，导航计算机根据sar雷达定位位置、惯性导航解算位置计算量测信息，并将量测信息存放在数组中，其中，为3行1列矩阵，3个元素分别对应纬度信息、经度信息和高度信息；

44、（11）

45、为3行4列矩阵，的第1个元素放在的第1行，第2个元素放在的第2行，第3个元素放在的第3行；

46、步骤3-2：当量测信息累积存放数量为4时，计算矩阵中各行元素的绝对中位差，并执行后续步骤，否则重复步骤3-1，具体计算公式如下：

47、（12）

48、式中，为的第1行元素，为的第2行元素，为的第3行元素；

49、由绝对中位差计算量测信息的标准差，如下：

50、（13）

51、步骤3-3：构建权重数组，为3行4列矩阵；逐个判断数组中第行列元素，是否在区间内，若在区间内，对应元素位置置1，否则判断是否在区间内，若不在区间内，对应元素位置置0，否则对应元素位置置，具体计算方式如下：

52、（14）

53、式中，为的第个元素，若在区间内，则有，否则有；

54、步骤3-4：查找数组中的0元素所在列，该列所有元素置0，将数组中的量测信息进行延迟补偿后引入量测更新，滤波新息构建如下：

55、（15）

56、式中，为的第列元素，对应量测矩阵，根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取，为一步预测状态，也根据卡尔曼滤波理论由模型计算获取：

57、

58、、、分别为的第行列元素；

59、步骤3-5：将滤波新息代入扩展卡尔曼滤波模型，实现sar雷达匹配定位系统信息融合量测野值检测抑制，量测更新结束后，清空数组重新运行步骤3-1~步骤3-5。

60、本发明的有益效果如下：

61、本发明可以在不依赖滤波协方差矩阵的情况下，仅通过量测信息序列实现野值检测抑制，可有效提高量测信息品质，保障组合导航系统的精度和稳定性。采用本发明方法可以有效检测抑制野值，提升量测信息品质，提高组合导航系统的精度及输出的稳定性。