[發明專利]一種基于五階CKF的GPS/SINS/CNS組合導航方法

有效

• 申請號: 201610070674.8
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105737823B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 徐曉蘇;劉心雨;孫進;楊博;王捍兵
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/48;G01S19/49
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李昊

本發明公開一種基于五階CKF的GPS/SINS/CNS組合導航方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：建立以SINS誤差方程為基礎的組合導航系統非線性誤差方程和線性量測方程；步驟2：利用五階球面徑向容積規則準則構建五階容積卡爾曼濾波器；步驟3：利用五階CKF對SINS與GPS、CNS輸出的信息進行濾波、融合，得到導航參數的最優估計。

技術領域

本發明涉及捷聯慣性導航和組合導航技術領域，尤其是一種基于五階CKF的SINS/GPS/CNS組合導航方法。

背景技術

在SINS/GPS/CNS組合導航系統中，GPS可隨時提供精確的速度信息，因此經組合系統可將捷聯慣導的速度誤差控制在GPS的精度范圍。CNS系統可提供精確的姿態角信息，經組合后可提高姿態角的測量精度，但由于客觀條件的限制，只能間斷提供航向信息，這就要求在無航向信息的時間間隔內，航向誤差的估計必須穩定。基于上述原因，有必要在組合導航系統中引入一種更為先進的濾波算法，克服系統模型參數不準或隨環境變化的影響，以提高系統模型對于外部環境的適應性，進而提供高精度的導航信息。

因此，研究CKF濾波方法，進一步提高其濾波性能，并將其應用于SINS/GPS/CNS組合導航系統中的非線性濾波問題，無論是在理論上，還是在工程實踐上均具有重要意義。

發明內容

發明目的：為克服現有技術中存在的不足，本發明提供了一種提高濾波精度和濾波效率的基于5階CKF的GPS/SINS/CNS組合導航方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了基于五階CKF的GPS/SINS/CNS組合導航方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立以SINS誤差方程為基礎的組合導航系統非線性誤差方程和線性量測方程；

步驟2：利用五階球面徑向容積規則準則構建五階容積卡爾曼濾波器；

步驟3：利用五階CKF對SINS與GPS、CNS輸出的信息進行濾波、融合，得到導航參數的最優估計并修正速度信息，位置信息以及捷聯姿態矩陣，以得到精確的導航信息。

進一步地，所述步驟1建立以SINS誤差方程為基礎的組合導航系統非線性誤差方程和線性量測方程具體為：

步驟1.1：選取“東北天”地理坐標系為導航坐標系n系；選取載體“右前上”坐標系為載體坐標系b系；n系先后經過3次歐拉角轉動至b系，三個歐拉角記為航向角ψ∈(-π,π]，縱搖角橫搖角γ∈(-π,π]；n系與b系之間的姿態矩陣記為真實姿態角記為真實速度記為真實地理坐標系為P＝[L λ H]^T，其中，L為緯度，λ為經度，H為高度；SINS解算出的姿態角記為速度記為地理坐標系為SINS解算出的數學平臺記為n′系，n′系與b系之間的姿態矩陣記為記姿態角誤差為速度誤差為：位置誤差為：則非線性誤差模型如下：

其中，為b系下三軸陀螺的常值誤差，為b系下三軸陀螺的隨機誤差為零均值白噪聲過程，為b系下三軸加速度常值誤差，為n系下三軸加速度的隨機誤差為零均值白噪聲過程，為加速度計的實際輸出，是b系下數學平臺旋轉角速度，為解算出的數學平臺旋轉角速度，為地球旋轉角速度，為解算出的數學平臺相對于地球的旋轉角速度，為對應的計算誤差。R_M、R_N分別為當地子午圈卯西圈曲率半徑，為歐拉角微分方程系數矩陣的逆矩陣；為n′系與n系之間的姿態矩陣，C_ω和具體為：

步驟1.2：所述非線性誤差方程和線性量測方程建立過程如下：