[發明專利]一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導航方法

有效

• 申請號: 201810864042.8
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108594272B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 喬建忠;程昱;郭雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;G01S19/47
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導航方法，其特征在于：實現步驟如下，

第一步，將東北天地理坐標系作為導航坐標系，考慮歐拉角姿態誤差φ_E，φ_N，φ_U、速度誤差δV_E，δV_N，δV_U、位置誤差δL，δλ，δh、陀螺儀漂移ε_x，ε_y，ε_z和加速度計偏置誤差▽_x，▽_y，▽_z共15維向量作為慣性和衛星組合導航系統的狀態方程，下標E、N、U分別表示真實地理坐標系的東向、北向和天向分量，下標x、y、z分別表示載體系下的x方向、y方向、z方向分量；

第二步，在組合導航模型基礎上，建立含有欺騙干擾的慣性和衛星組合導航系統的量測方程；

第三步，對第一步的狀態方程和第二步中的量測方程離散化；

第四步，在離散化的狀態方程和量測方程的基礎上，設計魯棒卡爾曼濾波器，輸出導航信息；

所述第一步狀態方程實現如下：

其中x(t)＝[φ_E φ_N φ_U δV_E δV_N δV_U δL δλ δh ε_x ε_y ε_z ▽_x ▽_y ▽_z]^T為組合導航系統的15維狀態向量，w(t)表示系統過程噪聲矢量，類型為高斯型干擾；F(t)為系統的狀態轉移矩陣，G(t)為噪聲增益矩陣；

所述第二步利用可欺騙干擾的特性，建立含有欺騙干擾的量測方程：

其中：

H_v(t)＝[0_3×3,diag[1 1 1],0_3×9]，

H_p＝[0_3×6,diag[R_M R_NcosL 1],0_3×6]，

R_M為子午圈主曲率半徑，R_N為卯酉圈主曲率半徑，表示由欺騙干擾造成的位置誤差，表示相應增益矩陣，v₁(t)和v₂(t)分別表示速度和位置的高斯型速度測量噪聲；

所述第三步中，對狀態方程和量測方程離散化具體實現如下：

x_k，x_k-1為離散化后的系統k時刻狀態和k-1時刻狀態,z_k為離散化后的系統量測值，F_k-1為離散化后的系統狀態轉移矩陣，G_k-1為離散化后的噪聲增益矩陣，為離散化后的狀態噪聲，H_k和分別為離散化后的量測矩陣和欺騙干擾增益矩陣，其中Γ_k滿足v_k為離散化后的量測噪聲；

所述第四步設計魯棒卡爾曼濾波器，包括以下四個部分，具體實現如下：

(1)初始化：P₀,選定參數α_k0，小標量值ε＞0和γ＞0滿足

其中P₀為估計誤差協方差給定初始值，為給定初始值矩陣，I為單位矩陣，P_k和為時間更新和量測更新方程中Riccati方程的協方差矩陣；

(2)時間更新：

其中為k-1時刻系統狀態估計值，為k時刻系統狀態一步預測值,為k-1時Riccati方程的解；

(3)量測更新：

其中K_k為魯棒卡爾曼濾波增益矩陣，R_11k，R_22k，T_k，F_1k，R_1k，R_2k為中間變量矩陣，Q_k為系統過程噪聲方差矩陣，R_k為系統量測噪聲方差矩陣，其計算方式如下：