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一種基于gnss通道差分的緊組合降維濾波方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法。該方法步驟如下：根據慣性導航系統的姿態誤差、速度誤差和位置誤差，建立慣性/衛星組合導航系統的狀態方程；確定每個通道的偽距差分信息和偽距率差分信息；選擇第一個通道作為基準通道，將基準通道的差分信息分別與其余通道的差分信息進行差分得到通道間差分信息，將該通道間差分信息作為觀測值，以此建立觀測方程；根據狀態方程和觀測方程，進行卡爾曼濾波迭代解算，得到載體的速度、位置、姿態的誤差信息并對慣性導航系統進行反饋校正，完成慣性/衛星系統組合導航。本發明方法抵消了鐘差、鐘漂的影響且降低了狀態方程和觀測方程的維數，提高了濾波實時性和導航精確性，應用前景廣闊。
【專利說明】一種基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及組合導航【技術領域】，特別是一種基于GNSS (全球導航衛星系統)通道差分的緊組合降維濾波方法。
二、【背景技術】
[0002]衛星/慣性組合導航系統結合衛星導航、慣性導航的優點，具有定位精度高，穩定性強等特點，因此在軍事領域被廣泛應用。載體在諸如高動態飛行、接收機信號遮擋等情況下，GNSS接收機接收到衛星數目很容易少于四顆，此時松組合系統將工作在純慣導狀態，導航精度隨時間下降。基于偽距、偽距率的緊組合導航系統則可以在上述情況下進行組合，有效抑制導航精度的發散，因此緊組合系統被廣泛應用。
[0003]常規緊組合系統的狀態變量是在松組合系統基礎之上，添加偽距、偽距率誤差兩項，以衛星的偽距、偽距率和載體相對導航衛星的偽距、偽距率之差作為觀測變量。若出現GNSS時鐘異常或組合濾波相關時鐘誤差跳變等情況，則偽距、偽距率誤差出現異常，常規緊組合系統將異常的誤差量引入到回路中，從而導致導航精度下降；同時，在有效可見衛星大于四顆的情況下，常規緊組合導航系統一般采用17維狀態變量，8維觀測變量的卡爾曼濾波模型，濾波耗時和173+8X 172成正比，耗時較大。
三、
【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種實時性好、精度高的基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，以削弱時鐘異常對系統的影響并提高組合濾波的實時性。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:一種基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，根據慣性導航系統的姿態誤差、速度誤差和位置誤差，建立慣性/衛星組合導航系統的狀態方程；
[0007]步驟2，確定每個GNSS通道的偽距差分信息和偽距率差分信息；
[0008]步驟3，選擇第一個GNSS通道作為基準通道，將基準通道的差分信息分別與其余通道的差分信息進行差分得到通道間差分信息，將該通道間差分信息作為觀測值，以此建立慣性/衛星組合導航系統觀測方程；
[0009]步驟4，根據步驟I所得的狀態方程和步驟3所得的觀測方程，進行卡爾曼濾波迭代解算，得到載體的速度、位置、姿態的誤差信息；
[0010]步驟5，利用載體的速度、位置、姿態誤差信息對慣性導航系統進行反饋校正，完成慣性/衛星系統組合導航。
[0011]本發明與現有技術相比，其顯著優點是:(I)雙通道降維濾波器未將偽距、偽距率誤差考慮在狀態變量中，同時在量測方程中將雙通道的偽距、偽距率差作為量測量，抵消了鐘差、鐘漂等的影響，精度高；(2)雙通道降維濾波器降低了狀態方程和觀測方程的維數，降低了組合濾波器的運算復雜度，因此具有更高的濾波實時性。四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法的流程圖。
[0013]圖2是實施例1中降維濾波仿真試驗載體飛行軌跡圖。
[0014]圖3是實施例1中降維濾波仿真試驗偽距、偽距率誤差。
[0015]圖4是實施例1中降維濾波仿真試驗和傳統緊組合系統導航結果對比圖。
五、【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0017]結合圖1，本發明基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，步驟如下:
[0018]步驟1，根據慣性導航系統的姿態誤差、速度誤差和位置誤差，建立慣性/衛星組合導航系統的狀態方程，具體如下:
[0019](1.1)慣性導航系統的姿態、速度、位置誤差方程如下:
[0020]
【權利要求】
1.一種基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，根據慣性導航系統的姿態誤差、速度誤差和位置誤差，建立慣性/衛星組合導航系統的狀態方程； 步驟2，確定每個GNSS通道的偽距差分信息和偽距率差分信息； 步驟3，選擇第一個GNSS通道作為基準通道，將基準通道的差分信息分別與其余通道的差分信息進行差分得到通道間差分信息，將該通道間差分信息作為觀測值，以此建立慣性/衛星組合導航系統觀測方程； 步驟4，根據步驟1所得的狀態方程和步驟3所得的觀測方程，進行卡爾曼濾波迭代解算，得到載體的速度、位置、姿態的誤差信息； 步驟5，利用載體的速度、位置、姿態誤差信息對慣性導航系統進行反饋校正，完成慣性/衛星系統組合導航。
2.根據權利要求1所述的基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，其特征在于，步驟I中所述建立慣性/衛星組合導航系統的狀態方程，具體如下: (1.1)慣性導航系統的姿態、速度、位置誤差方程如下:
3.根據權利要求1所述的基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，其特征在于，步驟2中所述確定每個GNSS通道的偽距差分信息和偽距率差分信息，具體步驟如下:(2.1)根據GNSS通道星歷信息，選擇導航衛星并確定導航衛星的偽距P w、偽距率/?信息，導航衛星的偽距P GJ公式如下:
P Gj = rj- δ tu-vPJ 其中，S tu為鐘差引起的距離誤差，Vpj為偽距測量白噪聲，rj為載體到第j顆衛星Sj的真實無差距離，公式如下:
4.根據權利要求1所述的基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，其特征在于，步驟3中所述建立慣性/衛星組合導航系統觀測方程的具體步驟如下: (3.1)導航系統觀測方程如下:
5.根據權利要求1所述的基于GNSS通道差分的緊組合降維濾波方法，其特征在于，步驟4中所述進行卡爾曼濾波迭代解算，首先將步驟I所得的狀態方程和步驟3所得的觀測方程離散化表示為:
【文檔編號】G01S19/47GK103792561SQ201410060305
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】陳帥, 常耀偉, 王磊杰, 金磊, 鐘潤伍, 余威, 朱閃 申請人:南京理工大學