[發明專利]一種基于交互多模型的組合導航信息融合方法

在審

• 申請號: 201910166704.9
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109813299A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 許曜鑫;李勝;楊春;陳慶偉;康曉;柴培健
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于交互多模型的組合導航信息融合方法。該方法為：首先選取GPS量測子系統用于算法量測更新；然后選取具有最小故障檢測值的量測子系統量測向量進行交互多模型更新，計算子系統模型權系數，同時計算等效系統建模噪聲統計特性，構成等效系統模型；進行濾波子系統量測更新，計算各濾波子系統的狀態估計；接著采用雙狀態傳播卡方故障檢驗方法，對量測子系統進行故障檢測，計算聯邦濾波權重；結合各濾波子系統的狀態估計和聯邦濾波權重，計算系統全局狀態估計和對應的估計誤差協方差矩陣；最后將全局狀態估計反饋作為初值進行下一次迭代。本發明能夠對導航量測信息進行有效的選取，減小了多傳感器信息融合產生的導航誤差。

技術領域

本發明涉及組合導航和多傳感器信息融合技術領域，特別是一種基于交互多模型的組合導航多傳感器數據融合方法。

背景技術

導航系統的發展過程，從最原始的單一導航系統，發展為應用較為廣泛的INS/GPS組合導航系統，到現在以INS/GNSS為主、其他導航系統輔助的多傳感器組合導航系統，研究目標也從單一地提高導航系統精度，發展為以導航系統精度、可靠性和自主性全面提升為目標的新一代自主容錯高可靠組合導航系統。

導航系統測量并解算出運載體的瞬時運動狀態和位置，提供給駕駛員或自動駕駛儀實現對運載體的正確操縱或控制。隨著科學技術的發展，可利用的導航信息資源越來越多，導航系統的種類也越來越多。以航空導航為例，可供裝備的機載導航系統有慣性導航系統、GPS導航系統、多普勒導航系統、羅蘭C導航系統等，這些導航系統各有特色，優缺點并存。比如，慣性導航系統的優點是：不需要任何外來信息也不向外輻射任何信息，可在任何介質和任何環境條件下實現導航，且能輸出飛機的位置、速度、方位和姿態等多種導航參數，系統的頻帶寬，能跟蹤運載體的任何機動運動，導航輸出數據平穩，短期穩定性好，但慣性導航系統具有固有的缺點：導航精度隨時間而發散，即長期穩定性差。GPS導航系統導航精度高，在美國國防部加入SA(SelectiveAvaila bility)誤差后，使用C/A碼信號的水平和垂直定位精度仍分別可達100m和157m，且不隨時間發散，這種高精度和長期穩定性是慣性導航系統望塵莫及的，但GPS導航系統也有其致命弱點：頻帶窄，當運載體作較高機動運動時，接收機的碼環和載波環極易失鎖而丟失信號，從而完全喪失導航能力；完全依賴于GPS衛星發射的導航信息，受制于他人，且易受人為干擾和電子欺騙。其余導航系統也有各自的優缺點。

各種導航系統單獨使用時是很難滿足導航性能要求的，提高導航系統整體性能的有效途徑是采用組合導航技術，即用兩種或兩種以上的非相似導航系統對同一導航信息作測量并解算以形成量測量，從這些量測量中計算出各導航系統的誤差并進行校正。采用組合導航技術的系統稱組合導航系統，參與組合的各導航系統稱子系統。但是，組合導航系統本質上是一種多傳感器數據融合系統，隨著傳感器數量的增加，能有效提高組合導航系統的性能，然而隨著傳感器數量增加，也會產生難以選取有效量測信息更新模型權系數的問題，由此導致的誤差信息會使導航精度下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠選取多傳感器有效量測信息、減小多傳感器信息融合誤差的BDS/CNS/GPS/SINS組合導航多傳感器信息融合方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于交互多模型的組合導航多傳感器數據融合方法，包括以下步驟：

步驟1、系統初始化，初始時刻默認選取GPS量測子系統用于算法量測更新；

步驟2、進行交互多模型預測；

步驟3、進行交互多模型更新，計算子系統模型權系數，同時計算等效系統建模噪聲統計特性，與確定的系統模型構成等效系統模型；

步驟4、進行濾波子系統量測更新，計算各濾波子系統的狀態估計；

步驟5、使用雙狀態傳播卡方故障檢驗方法，對量測子系統進行故障檢測；

步驟6、利用得到的故障檢測值，計算聯邦濾波權重；