GPS/INS组合导航缺星情况下的卡尔曼滤波改进算法
发布时间：2021-10-10 01:42
针对GPS/INS（Global Positioning System/Inertial Navigation System）紧组合导航系统在卫星信号缺失情况下导航精度降低,容积卡尔曼滤波（Cubature Kalman Filter,CKF）应用中存在模型误差和计算误差的问题,提出了适用于该背景下的强跟踪均方根容积卡尔曼滤波（Square-Root CKF）算法。该算法通过人为地相对突出滤波过程中新数据的作用,提高了算法在模型不确定时的鲁棒性;均方根策略保证了协方差阵的正定性和对称性。仿真实验表明,改进的算法能够提高导航精度,在卫星信号缺失情况下其效能发挥地更好,提高了组合导航适应复杂环境的能力。
【文章来源】：探测与控制学报. 2014,36(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１紧组合工作框图Ｆｉｇ．１Ｗｏｒｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｉｇｈｔｌｙ－ｃｏｕｐｌｅｄ
图２飞行轨迹仿真图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆｆｌｉｇｈｔｐａｔｈＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ图３东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图４经度误差曲线图Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ由以上仿真结果可以看出，在组合导航中，针对算法应用过程中存在的同一问题，对ＣＫＦ和ＵＫＦ进行改进，改进的ＣＫＦ滤波精度高于改进ＵＫＦ，验证了文献［８］的结论。图５—图１０为缺星情况下误差仿真结果，表１和表２为不同情况下导航信息的均方根误差对比。图５经度误差曲线图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图６纬度误差曲线图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌａｔｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图７高度误差曲线图Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｈｅｉｇｈｔｅｒｒｏｒ图８东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图９北向速度误差曲线图Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｎｏｒｔｈｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图１０天向速度误差曲线图Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ表１正常情况下位置、速度均方根误差（ＲＭＳＥ）Ｔａｂ．１ＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄＲＭＳＥｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ平均ＲＭＳＥＣＫＦ强跟踪ＳＲＣＫＦ经度／（°）０．３８３×１０－５０．２６４×１０－５纬度／（°）０．４２１×１０－５０．３３４×１０－５高度／ｍ３．２１４
图２飞行轨迹仿真图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆｆｌｉｇｈｔｐａｔｈＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ图３东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图４经度误差曲线图Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ由以上仿真结果可以看出，在组合导航中，针对算法应用过程中存在的同一问题，对ＣＫＦ和ＵＫＦ进行改进，改进的ＣＫＦ滤波精度高于改进ＵＫＦ，验证了文献［８］的结论。图５—图１０为缺星情况下误差仿真结果，表１和表２为不同情况下导航信息的均方根误差对比。图５经度误差曲线图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图６纬度误差曲线图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌａｔｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图７高度误差曲线图Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｈｅｉｇｈｔｅｒｒｏｒ图８东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图９北向速度误差曲线图Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｎｏｒｔｈｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图１０天向速度误差曲线图Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ表１正常情况下位置、速度均方根误差（ＲＭＳＥ）Ｔａｂ．１ＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄＲＭＳＥｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ平均ＲＭＳＥＣＫＦ强跟踪ＳＲＣＫＦ经度／（°）０．３８３×１０－５０．２６４×１０－５纬度／（°）０．４２１×１０－５０．３３４×１０－５高度／ｍ３．２１４
本文编号：3427396
【文章来源】：探测与控制学报. 2014,36(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１紧组合工作框图Ｆｉｇ．１Ｗｏｒｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｉｇｈｔｌｙ－ｃｏｕｐｌｅｄ
图２飞行轨迹仿真图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆｆｌｉｇｈｔｐａｔｈＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ图３东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图４经度误差曲线图Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ由以上仿真结果可以看出，在组合导航中，针对算法应用过程中存在的同一问题，对ＣＫＦ和ＵＫＦ进行改进，改进的ＣＫＦ滤波精度高于改进ＵＫＦ，验证了文献［８］的结论。图５—图１０为缺星情况下误差仿真结果，表１和表２为不同情况下导航信息的均方根误差对比。图５经度误差曲线图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图６纬度误差曲线图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌａｔｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图７高度误差曲线图Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｈｅｉｇｈｔｅｒｒｏｒ图８东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图９北向速度误差曲线图Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｎｏｒｔｈｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图１０天向速度误差曲线图Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ表１正常情况下位置、速度均方根误差（ＲＭＳＥ）Ｔａｂ．１ＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄＲＭＳＥｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ平均ＲＭＳＥＣＫＦ强跟踪ＳＲＣＫＦ经度／（°）０．３８３×１０－５０．２６４×１０－５纬度／（°）０．４２１×１０－５０．３３４×１０－５高度／ｍ３．２１４
图２飞行轨迹仿真图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｆｉｇｕｒｅｏｆｆｌｉｇｈｔｐａｔｈＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ图３东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图４经度误差曲线图Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ由以上仿真结果可以看出，在组合导航中，针对算法应用过程中存在的同一问题，对ＣＫＦ和ＵＫＦ进行改进，改进的ＣＫＦ滤波精度高于改进ＵＫＦ，验证了文献［８］的结论。图５—图１０为缺星情况下误差仿真结果，表１和表２为不同情况下导航信息的均方根误差对比。图５经度误差曲线图Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图６纬度误差曲线图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｌａｔｉｔｕｄｅｅｒｒｏｒ图７高度误差曲线图Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｈｅｉｇｈｔｅｒｒｏｒ图８东向速度误差曲线图Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｅａｓｔｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图９北向速度误差曲线图Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｎｏｒｔｈｅｒｎｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ图１０天向速度误差曲线图Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｅｒｒｏｒ表１正常情况下位置、速度均方根误差（ＲＭＳＥ）Ｔａｂ．１ＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｐｅｅｄＲＭＳＥｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ平均ＲＭＳＥＣＫＦ强跟踪ＳＲＣＫＦ经度／（°）０．３８３×１０－５０．２６４×１０－５纬度／（°）０．４２１×１０－５０．３３４×１０－５高度／ｍ３．２１４
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