文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號： 0258-7998(2013)02-0067-03
慣性導(dǎo)航是一種完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，具有隱蔽性好、抗干擾、不受氣象條件限制的優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是其定位誤差隨時間積累。全球定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、定位誤差不隨時間發(fā)散等顯著特點(diǎn)，但衛(wèi)星信號可能被人為地添加干擾，而且受環(huán)境的限制，故可靠性較差。而GPS" title="GPS" target="_blank">GPS和SINS組合系統(tǒng)則取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。基于偽距、偽距率組合的GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)和基于速度、位置組合的松組合系統(tǒng)具有精度更高、可靠性和抗干擾能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。
1 緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的模型
基于偽距、偽距率的GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)是一種高水平的組合方式,其主要特點(diǎn)是GPS接收機(jī)和SINS相互輔助。它利用GPS的星歷數(shù)據(jù)與SINS給出的位置和速度信息計(jì)算出相應(yīng)的偽距和偽距率,然后與GPS接收的偽距和偽距率相比較得出的誤差作為量測值,通過卡爾曼濾波器估計(jì)GPS和SINS的誤差量,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的校正。在該組合模式中,GPS接收機(jī)只提供星歷數(shù)據(jù)和偽距、偽距率即可,省去導(dǎo)航計(jì)算處理部分,有著精度高、魯棒性好、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。
從EKF和UKF的計(jì)算過程可以看出，UKF具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) UKF直接利用非線性模型,避免引入線性化誤差,從而提高了濾波精度；
(2) 不必計(jì)算雅可比矩陣；
(3) 能對所有高斯輸入向量的非線性函數(shù)近似，均值精確到三階，方差精確到二階。
綜上所述，UKF比較適合作為緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合算法。接下來將這兩種濾波算法分別應(yīng)用于緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過比較來說明UKF相對于EKF的優(yōu)越性。
3 系統(tǒng)仿真分析
下面在緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用EKF和UKF兩種濾波方法對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，進(jìn)而驗(yàn)證UKF優(yōu)于EKF。
彈體運(yùn)動軌跡參數(shù)設(shè)置如下:初始緯度32°,經(jīng)度118°,高度300 m，初始失準(zhǔn)角為15°，三個方向的初始速度誤差分別為0.5 m、0.8 m和0 m，初始位置誤差分別為10′′、10′′和0，陀螺儀零偏為0.1°/h，相關(guān)時間為1 h，加速度計(jì)零偏為0.001 g,相關(guān)時間為0.5 h、GPS偽距誤差為1 m,偽距率誤差為0.05 m/s,仿真時間為4 000 s。仿真框圖如圖1所示。仿真結(jié)果如圖2~圖5所示。
通過仿真結(jié)果可以明顯地看出，UKF在位置和速度的估計(jì)精度上優(yōu)于EKF,且UKF的穩(wěn)定性和收斂性也很好。
基于GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)較松組合導(dǎo)航系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。本文首先建立了緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后將EKF和UKF濾波算法引入到緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，最后通過對仿真結(jié)果進(jìn)行比較，證實(shí)了仿真結(jié)果和理論分析的一致性，進(jìn)而驗(yàn)證了UKF算法可以更好地處理非線性問題。由此可見，UKF是GPS/SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中較適用的一種濾波算法。
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