基于UKF的INS_GPS组合导航系统仿真.pdfVIP

11卷第4期2011年2月科学技术与工程Vol11No4Feb2011

ScienceTechnologyandEngineering2011SciTechEngng

16711815(2011)4077306

航空航天

基于UKF的INS/GPS组合导航系统仿真

卢舒勃杨永胜敬忠良

(上海交通大学航空航天学院,上海200240)

摘要通过Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法,研究INS/GPS紧耦合组合导航系统中滤波算法的问题,避免了对非线性的

系统方程进行线性化。同时将自适应原理引入UKF,给出了一种自适应UKF算法。将EKF、UKF和自适应UKF分别应用到

INS/GPS组合导航系统的滤波中。仿真结果表明,相比UKF算法,自适应UKF算法进一步提高导航解的精度和收敛速度,同

时系统的鲁棒性也得到了提高。

关键词扩展卡尔曼滤波Unscented卡尔曼滤波自适应滤波INS/GPS组合导航系统

中图法分类号V249.4;文献标志码:A

在INS/GPS组合导航系统[1,2]中,扩展卡尔曼提供的位置和速度并非原始测量数据,而是经过数

滤波(EKF)得到了广泛的应用。虽然EKF保持了据处理的得到的计算测量,因而各量测间存在一定

卡尔曼滤波的优点及计算上有效的迭代更新,但它的相关性,系统的可靠性和抗干扰性较差。而在运

仍然有许多严重的缺陷。首先,线性化过程必然存用伪距、伪距率组合的紧耦合方式中,GPS接收机提

在高阶项截断误差。其次,计算Jacobian矩阵很困供的信号是接收机接收后的原始信息,不需要经过

难且易出错。针对这些缺点,牛津大学的学者提出导航结算,各个伪距、伪距率的误差独立、互不相

了Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法[36],UKF是关,系统的可靠性和抗干扰性好于松散组合[7,8]。

一种直接针对非线性系统的滤波方法,与传统的扩本文分别将EKF、UKF和自适应UKF应用于紧耦合

展卡尔曼滤波不同的是,无需计算Jacobian矩阵,INS/GPS组合导航系统,并且分析了在惯性器件性

可精确到二阶甚至更高。因而可以大大提高组合能变差条件下三种算法的滤波效果。

导航的导航精度。虽然UKF算法克服了EKF存在

1INS/GPS组合导航系统模型

的问题,但在实际中,系统模型的不确定因素及异

常扰动等都会使UKF的估计值存在一定偏差,影响

采用INS系统,以东北天地理坐标系为导航坐

了组合导航系统的精度。为解决UKF存在的问题,

标系,建立INS/GPS组合导航系统的状态方程。系

本文将自适应滤波原理引入UKF,给出了一种自适

统的状态方程由两部分组成:一部分是INS的误差

应UKF算法。

状态,另一部分是GPS的误差状态。INS的误差状

针对UKF在INS/GPS组合导航系统中的应用,

态方程为

国内外展开了很多研究,但大多关于松散组合的

X(t)=F(t)X(t)+G(t)W(t)(1)