鲁棒自适应CKF算法及其在组合导航中的应用研究

发布时间：2020-03-25 22:58

【摘要】：GNSS/SINS组合导航系统将全球导航卫星系统(GNSS)和捷联惯性导航系统(SINS)组合起来,不仅能够实现全天时、全天候、全自主的导航,且输出参数多,导航精度高,可靠性强,在军事领域和民用领域具有广泛的发展前景和应用价值。近年来,人们对于组合导航系统的动态精度、稳定性以及鲁棒性的要求不断提高。本文针对组合导航系统模型及噪声统计特性不确定的情况,以及存在异常干扰时,滤波算法数值稳定性差,鲁棒性差,导致滤波精度降低甚至出现滤波发散的问题进行研究。主要工作为如下几个方面:(1)提出一种改进的H_∞鲁棒自适应CKF算法。该方法基于标准CKF算法理论框架,在观测方程为线性的条件下,对其量测更新进行了简化,并引入数值稳定性较强的奇异值分解对系统状态协方差阵进行分解迭代,改善了计算的数值稳定性;结合H_∞滤波,基于矩阵不等式理论,对约束条件进行了自适应选取,进一步提高了系统的鲁棒性。将该算法用于GNSS/SINS组合导航的数值仿真实验,结果验证了该方法的有效性和优越性。(2)提出一种改进的鲁棒自适应SRCKF算法。该方法基于平方根滤波思想,采用QR分解对系统状态协方差阵进行分解迭代,改善了计算的数值稳定性,在SRCKF算法理论框架下,结合H_∞鲁棒滤波,推广得到鲁棒SRCKF算法;并基于矩阵逆引理,进一步推导得出算法自适应条件的平方根形式,有效提升了系统的鲁棒性及其自适应能力。将该算法用于GNSS/SINS组合导航的数值仿真实验,结果验证了该方法的可行性和有效性。本文针对组合导航系统模型及噪声统计特性不确定的情况,以及存在异常干扰时,滤波算法数值稳定性差,鲁棒性差,导致精度下降甚至出现滤波发散的问题,提出了基于奇异值分解和平方根滤波的鲁棒自适应CKF算法。仿真实验表明,改进方法较标准CKF算法及H_∞鲁棒CKF算法,均表现出了较好的数值稳定性和鲁棒性,且具有一定的自适应能力。
【图文】：

论文,思路,绪论

论文整体研究思路

组合导航,方式,组合模式,伪距率

图 2.1 GNSS/SINS 松组合导航方式（2）紧组合(Tightly-Coupled Integration)紧组合即为伪距与伪距率的组合，是一种相对复杂的组合模式。GNSS 卫星给出伪距、伪距率信息，同时将 SINS 的速度和位置换算成伪距和伪距率的形式，将两者的差值作为组合导航量测量，经过滤波估计，得到各子系统的误差量，进而对系统误差进行修正。紧组合模式，，通过组合模块将 GNSS 接收机与 SINS 模块相结合，进而达到相辅相成的目的，以进一步提升 GNSS/SINS 组合系统的导航定位精度。紧组合模式，系统的整体性能优于松组合，且具有较高的导航精度、综合性能和抗干扰能力，同时能够对 SINS 器件和对准误差进行校准，其中 SINS 或者组合之后的速度信息，可达到有效辅助卫星信号的捕获与跟踪的目的，进一步提高GNSS 的抗干扰性，当可见星数少于 4 颗时仍能正常工作；但紧组合模式系统设计相对更为复杂，由于滤波状态量的增加，导致其计算复杂度的大幅度增加，且其要求 GNSS 接收机具有内部参数实时可调的能力。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN967.2

【参考文献】