[發(fā)明專利]一種電離層閃爍下基于矢量跟蹤的自適應(yīng)卡爾曼濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710819932.2
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107515414B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝雪芬;徐斌鋮;陳熙源;湯新華
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

1.一種電離層閃爍情況下基于矢量跟蹤的自適應(yīng)卡爾曼濾波方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A，對導(dǎo)航系統(tǒng)做線性化處理，得到環(huán)路的狀態(tài)方程和觀測方程及其相關(guān)噪聲的定義式；具體過程如下：

步驟A-1，在接收機相對運行速度較慢的情況下定義導(dǎo)航系統(tǒng)為二階的線性方程，它的狀態(tài)向量可用位置，速度，鐘差及其鐘漂表示：

其中，[x,y,z]為接收機的位置，為接收機的速度，為鐘差和鐘漂，位置和速度在ECEF坐標系中，

系統(tǒng)的初始化狀態(tài)用接收機初始狀態(tài)值代入；

步驟A-2，根據(jù)卡爾曼濾波的定義求取狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：

其中，T為兩相鄰導(dǎo)航解算的時間間隔；

步驟A-3，計算環(huán)路輸出的多普勒頻移和碼相位差得到所有衛(wèi)星的偽距和偽距率，作為卡爾曼濾波器的觀測量：

其中，N為視野范圍內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量，且偽距可用如下方程式表達：

其中，δ_u(t)為用戶的時鐘，δ^k(t)為衛(wèi)星的鐘差，I^k(t)為電離層誤差，T^k(t)為對流層誤差，ε^k(t)為所有其它因素引起的誤差；

對偽距方程求微分得偽距率：

其中，C為無線電波傳輸速度，V^k為衛(wèi)星k的速度，V_u為用戶的速度，G為衛(wèi)星到接收機距離的倒數(shù)；

步驟A-4，由上兩式及其幾何關(guān)系可知，系統(tǒng)的量測矩陣H為：

其中，r為衛(wèi)星到用戶的真實距離，

步驟B，假設(shè)不同衛(wèi)星信號的測量誤差不相關(guān)，對狀態(tài)方程的過程噪聲Q和測量方程的測量噪聲R做模型估計，且根據(jù)變化的Q和R更新相應(yīng)的協(xié)方差P以適應(yīng)動態(tài)變化的系統(tǒng)；

步驟B-1：由初始化的導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的初始化噪聲誤差及其協(xié)方差：

其中，N為在視野范圍內(nèi)的衛(wèi)星總數(shù)，為偽距的方差，為偽距率的方差；

其中，S_p為位置的噪聲頻譜密度，S_c為時鐘的噪聲頻譜密度；

其中，δX²,δY²,δZ²為初始位置誤差的方差，為初始速度誤差的方差，δt²,為初始鐘差和鐘漂的方差；

步驟B-2，計算系統(tǒng)的測量殘差r_k，再對所有的觀測數(shù)據(jù)做最佳估計得到測量噪聲的協(xié)方差估計式：

其中，P_k為自適應(yīng)估計矩陣，根據(jù)輸出量動態(tài)調(diào)整；

步驟B-3，計算系統(tǒng)的過程噪聲及其協(xié)方差估計式：

其中，w_k為擾動輸入；

步驟B-4，根據(jù)測量的輸出值，對誤差的協(xié)方差做動態(tài)調(diào)整：

若P_k是對當(dāng)前誤差的協(xié)方差的良好估計，則有P_k的更新式如下：

P_k+1＝λ_p×P_k+1,k

其中，λ_k+1＝diag[λ_1(k+1),λ_2(k+1),...λ_2N(k+1)]，比例因子λ_k+1可通過下式計算：

最終的更新式為：

其中，當(dāng)λ_k+1大于1時，意味著誤差發(fā)生突變，相應(yīng)的協(xié)方差矩陣增大，以適應(yīng)電離層閃爍引起的突變，增強濾波能力。