[發明專利]一種基于可觀測度的慣性/衛星系統自適應混合校正方法

在審

• 申請號: 202011096081.1
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112269200A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 郭雷;沈昕菁;楊健;豆青風;王巖
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01C21/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開一種基于可觀測度的慣性/衛星系統自適應混合校正方法，包括以下步驟：首先針對慣性/衛星組合導航系統，利用加權最小二乘法，定義改進的組合導航系統的可觀測性矩陣，進一步定義組合導航系統狀態可觀測度，并根據歷史測量數據對可觀測度進行歸一化。最后，將歸一化后的可觀測度作為自適應因子，實現慣性/衛星組合導航系統狀態的自適應混合校正。該方法可以提高慣性/衛星組合導航系統精度，減少狀態誤差估計值不準確對導航系統輸出的影響，提升慣性/衛星組合導航系統自適應能力。

技術領域

本發明涉及一種基于可觀測度的慣性/衛星系統自適應混合校正方法，屬于組合導航領域。

背景技術

可觀測性是指系統在有限時間內通過測量值確定系統初始狀態的能力，是確定卡爾曼濾波器是否收斂的前提條件。可觀測度是為了評估系統狀態的濾波精度在可觀測性的基礎上提出來的一種分析理論，它是對各狀態分量的可觀測性程度的定量表示。狀態分量可觀測度高是卡爾曼濾波器穩定工作的前提條件，據此濾波性能問題可被轉化為參數問題，在一定條件下可以用系統可觀測度替代狀態估計誤差協方差矩陣來分析系統的估計性能。根據系統可觀測度和估計精度的匹配性，用系統可觀測度作為設計自適應濾波器的一種手段是組合導航技術發展的一個新方向。

傳統的可觀測度定義大多是考慮系統的特性，默認系統不含噪聲是精確已知的。然而在實際工程中，量測噪聲的存在是不可避免的，因此在忽略噪聲的干擾時，對可觀測性分析就會產生一定的影響。一種基于可觀測度分析的SINS/GPS自適應反饋校正濾波新方法，專利號：CN200610114271.5，采用基于奇異值分解的可觀測度分析方法定義可觀測度，沒有考慮系統量測噪聲對可觀測度計算的影響，因此可觀測度定義不精確，導航精度的提升較為有限。一種分析慣性導航系統可觀測性的方法，專利號：CN201510272159.3，著重考慮每一個狀態可觀測度，解決了以往的可觀測都分析方法無法求解單一狀態的可觀測度的問題，但仍沒有考慮噪聲對可觀測度的影響。

傳統的組合導航方法都是將濾波器結果完全反饋給系統，但當有些系統狀態不可觀測或者可觀測度很低時，其估計精度也很低，將精度不高的估計值直接進行反饋，會導致組合導航的精度下降。若能建立系統狀態變量的反饋量與濾波精度之間的定量關系，根據每個系統狀態的濾波精度決定其反饋量，才能從根本提高組合導航系統的精度。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供針對組合導航系統的自適應混合校正方法。針對慣性/衛星組合導航系統，利用加權最小二乘法，定義改進的組合導航系統的可觀測性矩陣，進一步定義組合導航系統狀態可觀測度，并根據歷史測量數據對可觀測度進行歸一化。最后，將歸一化后的可觀測度作為自適應因子，實現慣性/衛星組合導航系統狀態的自適應混合校正。

本發明的技術解決方案為：一種基于可觀測度的慣性/衛星系統自適應混合校正方法，其實現步驟如下：

(1)建立捷聯慣性/衛星組合導航系統模型，求解初始狀態的加權最小二乘估計，獲得最小均方誤差意義下的最優估計誤差協方差矩陣，定義可觀測性矩陣；

(2)修正可觀測性矩陣的定義，定義各個狀態變量的可觀測度；

(3)根據捷聯慣性/衛星組合導航系統歷史數據，對各個狀態的可觀測度進行歸一化；

(4)將步驟(3)得到的歸一化后的可觀測度作為自適應因子，對捷聯慣性/衛星組合導航系統設計自適應混合校正。

所述步驟(1)具體實現如下：

離散化捷聯慣性/衛星組合導航系統方程為：