[發(fā)明專利]一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810864042.8
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN108594272B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬建忠;程昱;郭雷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 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(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發(fā)明涉及一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導(dǎo)航方法，首先，基于慣性和衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)建立組合導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)模型；其次，考慮欺騙干擾傳播特性，提取欺騙干擾的數(shù)學(xué)特征，將欺騙干擾表征在組合導(dǎo)航量測模型，建立含有欺騙干擾的組合導(dǎo)航系統(tǒng)量測模型；最后設(shè)計魯棒卡爾曼濾波器抑制欺騙干擾。本發(fā)明方法具備抗干擾、魯棒性強(qiáng)、兼容性好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導(dǎo)航方法，可用于飛行器、移動機(jī)器人或地面車輛在面臨欺騙干擾情況下獲取姿態(tài)、速度和位置等信息，提高飛行器、移動機(jī)器人或地面車輛的抗欺騙能力。

背景技術(shù)

SINS/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，即使是目前精度最高的慣性器件，也存在著各種干擾引起的誤差，這對SINS系統(tǒng)的精度影響很大。慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)的各類測量誤差有衛(wèi)星鐘差誤差、星歷誤差，電磁波信號傳輸中的大氣延時誤差，這些誤差值可以通過衛(wèi)星信號播發(fā)的導(dǎo)航電文予以校正，但是由于地面監(jiān)控系統(tǒng)不可能對衛(wèi)星的運行軌道和衛(wèi)星時鐘做出精確的測量和預(yù)估，所以會存在殘差。針對大氣延時誤差采用的電離層模型和對流層模型不可能準(zhǔn)確的描述地球大氣層的復(fù)雜變化，也會存在殘差。與用戶接收機(jī)有關(guān)的誤差包括多路徑誤差和各類無意干擾，接收機(jī)的軟件計算誤差主要包括近似線性化帶來的誤差以及受計算機(jī)位長影響導(dǎo)致的量化誤差等。

鑒于GPS系統(tǒng)潛在的SA欺騙干擾，如果由于某種原因，如果SA欺騙干擾啟動，則許多導(dǎo)航產(chǎn)品的精確度將大大下降，無法實現(xiàn)高精度導(dǎo)航的目的。GPS系統(tǒng)的SA欺騙干擾不是不可檢測的，只是在開啟后的幾十個小時或者幾天內(nèi)有效果，過后就會被地面監(jiān)測站發(fā)現(xiàn)，但是需要如此長的時間，對導(dǎo)航而言已經(jīng)失去了實時導(dǎo)航的意義。

SA欺騙干擾是未知的，但是在數(shù)學(xué)上可以表征為對GPS輸出的位置和速度的不確定性，在此基礎(chǔ)上建立的含有SA欺騙干擾的量測方程。此時標(biāo)準(zhǔn)的卡爾曼濾波難以使用，無法估計組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)，因此會導(dǎo)致輸出的導(dǎo)航信息精度不高，甚至可能出現(xiàn)濾波器發(fā)散的情況。為解決含有欺騙干擾的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題，設(shè)計魯棒卡爾曼濾波器。SA欺騙干擾表征為能量有界變量，綜合考慮了系統(tǒng)中存在的量測噪聲等高斯型干擾、SA欺騙干擾等能量有界干擾對SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)準(zhǔn)確性與可靠性的影響，設(shè)計了一種魯棒卡爾曼濾波方法，采用H_∞優(yōu)化技術(shù)抑制能量有界干擾，使得組合系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差被抑制在一定的范圍內(nèi)。

現(xiàn)有專利中存在以下三個缺點和不足：第一，考慮誤差不全，對器件漂移、測量噪聲等多源干擾考慮不充分，第二，組合導(dǎo)航方法中濾波方式單一，導(dǎo)致系統(tǒng)魯棒性不強(qiáng)，第三，多種導(dǎo)航方式組合一起存在兼容性不好的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：在GPS的SA欺騙干擾情況下，SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的卡爾曼濾波器將無法正常工作，導(dǎo)致運動體和運載體無法導(dǎo)航的特性。針對這一現(xiàn)狀，針對含有高斯型干擾、能量有界干擾的SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，提供一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導(dǎo)航方法，具備抗干擾、魯棒性強(qiáng)、兼容性好等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于魯棒卡爾曼濾波的抗欺騙干擾組合導(dǎo)航方法，具體實現(xiàn)步驟如下：

(1)將東北天地理坐標(biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，考慮歐拉角姿態(tài)誤差、速度誤差、位置誤差、陀螺儀漂移和加速度計偏置誤差等15維向量作為慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程；

(2)建立含有欺騙干擾的慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量測方程；

(3)對狀態(tài)方程和量測方程離散化；

(4)設(shè)計魯棒卡爾曼濾波器，輸出導(dǎo)航信息；

所述步驟(1)具體實現(xiàn)如下：