[發明專利]一種改進的魯棒無跡卡爾曼濾波組合導航方法

在審

• 申請號: 202010843690.2
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111896008A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王偉;龔佳承;李欣;薛冰;黃平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉強

一種改進的魯棒無跡卡爾曼濾波組合導航方法，涉及組合導航技術領域，針對現有技術中濾波精度低，進而導致定位精度差，且其對野值的處理能力較差的問題，本發明根據UWB和MEMS慣導定位原理，建立了UWB/MEMS緊組合數學模型，該模型比常規的UWB/MEMS松組合模型定位精度更高，對環境適應能力更強。本發明針對量測突變噪聲和野值，在傳統魯棒算法的基礎上引入測量誤差判據，增強了對野值的處理能力。本發明針對傳統魯棒算法對部分觀測受干擾調節能力差的問題，并結合UWB測距誤差的實際情況，提出一種多重魯棒自適應矩陣的計算方法，該算法針對各量測不同的誤差情況，實時調節濾波增益矩陣，使濾波器具有更強的自適應性。

技術領域

本發明涉及組合導航技術領域，具體為一種改進的魯棒無跡卡爾曼濾波組合導航方法。

背景技術

近幾年來，隨著科技的發展和人們生活的改變，基于位置服務(Location-basedservices，LBS)在工業和市場上都有著廣泛的應用背景。現如今，全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)飛速發展，其在室外環境下可以為用戶提供高精度的位置服務。然而，在室內環境下，GNSS信號極易受遮擋，使得用戶無法通過GNSS實現正常的導航定位。同時，人類絕大部分的活動發生于室內環境下，高精度室內定位服務可以為用戶提供路線導航、商品導購、資源引導等網絡化服務，因此，高精度的室內定位技術具有廣闊的應用前景。

作為LBS的核心內容之一，室內定位系統的設計以及成為該領域的熱點。現如今，室內定位技術普遍采用無線定位，無線定位系統的缺陷是其定位效果易受到非視距(NLOS,non line of sight)等環境的影響。應用較廣泛的室內定位技術主要有無線局域網(Wireless Local Area Networks，WLAN)、射頻識別(Radio Frequence Identification，RFID)、超寬帶(Ultra-wide Band，UWB)、藍牙等，其中，UWB具有超大的帶寬、良好的抗多徑干擾能力等優點，更適合用于提供室內高精度定位服務。然而，UWB定位精度易受非視距環境的影響。因此，許多學者提出將兩種或兩種以上的傳感器進行融合來彌補單一傳感器導航系統的缺點。隨著微電子機械系統(Micro Electro Mechanical System，MEMS)技術的興起和發展，使得傳統慣性導航設備在體積、成本等方面得到有效降低。基于UWB/MEMS的組合導航系統能夠充分利用各自的優勢，提高系統定位精度和穩定性，具有廣闊的發展前景。

在室內組合導航領域，UWB/MEMS組合導航研究大致分為兩類：一種是通過研究UWB/MEMS組合方式來提高室內定位精度和解決UWB失效時定位發散的問題。這些多傳感器組合雖然都在一定程度上提高了組合定位精度，但引入其他傳感器也使得其在工程上的實現變得更加困難。另一種是從濾波的角度來解決UWB的噪聲和野值問題。雖然有學者從濾波的角度提出采用強跟蹤Sage自適應濾波解決UWB定位噪聲的問題，但強跟蹤中的漸消因子若選取不當，會導致濾波精度降低，且其對野值的處理能力較差。

發明內容

本發明的目的是：針對現有技術中濾波精度低，進而導致定位精度差，且其對野值的處理能力較差的問題，提出一種改進的魯棒無跡卡爾曼濾波組合導航方法。

本發明為了解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種改進的魯棒無跡卡爾曼濾波組合導航方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：收集UWB系統和MEMS系統輸出的數據；

步驟二：選擇系統的狀態量和觀測量，建立UWB/MEMS組合導航系統狀態空間模型；

步驟三：對UWB/MEMS組合導航系統進行濾波初始化；

步驟四：在k時刻對UWB/MEMS組合導航系統進行時間更新和量測更新，得到系統狀態一步預測的誤差協方差和一步預測的互協方差；