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2006 年 2 月 中 国 空 间 科 学 技 术
第 1 期 C H IN ESE SPA CE SCIEN CE AND T EC HN OL O GY 53
GP S/ SIN S 全组合导航系统的
姿态组合算法
杜亚玲 刘建业 熊智 姜涌
(南京航空航天大学自动化学院 , 南京 2 100 16) (南京航空航天大学无人机研究院 , 南京 2 100 16)
摘要 利用卡尔曼滤波的 GP S/ SIN S 全组合导航系统中, 将 IMU 量测的平台误差角
简单的近似为姿态误差角 , 会带来较大的数学模型误差 。文章通过分析姿态组合算法中平
台误差角与姿态误差角物理意义的不同 , 得到了二者相互转换的关系式 ; 从实际应用的角
度出发 , 采用对观测向量预处理的方法 , 对姿态组合算法进行了改进 , 从而消除了数学模
型误差 , 并且很容易进行工程实现 。仿真结果表明使用改进后的姿态组合算法能够有效的
提高全组合导航系统的精度 。
主题词 全球定位系统 捷联式惯性导航 组合导航 姿态参数 组合算法 仿真
1 引言
传统的 GP S/ SIN S 全组合导航系统 , 都以 GP S 的速度位置测量值作为卡尔曼滤波器的观测量 ,
来估计惯性导航系统的误差状态量 。但随着近年来 GP S 实时测姿技术的发展 , 利用 GP S 的姿态 、
速度和位置信息 , 进行 GP S/ SIN S 全组合正在逐渐成为研究的热点[ 1 ] 。
目前 , 对 GP S/ SIN S 全组合导航系统进行的研究 , 大都将 IMU 量测的平台误差角简单的近似
为姿态误差角[2~4 ] , 用于卡尔曼滤波 。这种简单的数学模型给组合系统带来一定的误差 。2002 年
Yang 提出了一种详细推导 GP S/ IN S 姿态量测方程的方法[ 5 ] , 但是其方程复杂不适合工程应用 ,
并且不能进行全姿态解算 。本文根据平台误差角和姿态误差角物理意义的不同 , 推导出二者的变换
矩阵 。文章从实际应用的角度出发 , 没有将姿态量测方程复杂化 , 而是将这种思想体现在 GP S 观
测量的预处理上 。从而不仅大大简化了姿态量测方程 , 也解决了全姿态解算的问题 , 具有一定的工
程实用价值 。
2 GP S/ SIN S 组合导航系统算法
通过对 GP S 和 SIN S 系统的性能及误差源的分析 , 系统采用 18 维误差状态变量的卡尔曼滤波
器的闭环校正算法来实现[ 6 ] 。卡尔曼滤波器主要由捷联惯性系统的误差方程及系统量测方程组成 ,
( )
方程如下 注 : 以下推导均定义在东北天坐标系下
·
n n n n p
δω δω (ω ω) ε ( )
平台误差角方程 = ie + en - ie + en × + 1
·
Δ
n n n n n
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