SINS_GPS紧耦合与松耦合组合导航系统分析

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1、第32卷第10期四川兵工学报2011年10月【自动化技术】SINS/GPS紧耦合与松耦合组合导航系统分析1，221高娟，韩惠珍，白军(1．第二炮兵工程学院603教研室，西安710025;2．北京市回龙观96656部队，北京102208)摘要:SINS/GPS紧耦合组合导航系统相对于松耦合系统在结构上的改进，使得两种系统在建立数学模型时测量方程完全不同，这将影响导航精度。对基于速度和位置的松耦合测量方程与基于伪距和伪距率的

2、紧耦合测量方程进行分析建模，并仿真对比了不同模型下系统的导航定位精度。关键词:SINS/GPS紧耦合与松耦合;速度和位置;伪距和伪距率;测量方程中图分类号:V249．32文献标识码:A文章编号:1006－0707(2011)10－0092－05SINS/GPS组合导航系统以其优越的导航性能，在现代陀螺漂移是十分复杂的随机过程，大致可概括为3种分［3］导航领域中被越来越多的使用，也是导航领域的研究热点。量:①逐次启动漂移，是一个随机常数;②慢变漂移，变化SINS/GPS组合导航系统可以充分利用GPS和SINS互补的

3、过程中有一定的相关性，可用一阶马尔科夫过程描述;③快特点，二者的组合不是简单的相加，而是回避了各自的缺点，变漂移，可抽象为白噪声过程。因此取陀螺漂移为充分发挥出各自的优点于一体，无论在精度、性能、可靠性等ε=εb+εr+ωg(1)各方面，组合系统都优于单独的子系统。式中:εb为随机常值漂移;εr为一阶马尔科夫过程;ωg为白目前，SINS/GPS组合导航系统大致分为紧耦合和松耦噪声。合2种。在松耦合组合系统中，SINS和GPS接收机各自独陀螺误差模型可表示为立工作，分别输出位置与速度信息，再由组合卡尔曼滤波器εb

4、=0(以测量误差为状态)进行优化处理，给出最优的结果，并反{1(2)εr=－εr+ωr馈给SINS进行修正，这种等级的组合是基于位置与速度的Tg组合，结构简单易于实现。SINS/GPS的紧耦合组合导航系式中Tg为相关时间，一般取1000s。统去除了GPS滤波器只使用组合滤波器，对GPS和SINS的2)加速度计误差模型伪距和伪距率进行滤波，同时SINS对GPS进行速度辅助，提加速度计的误差模型与陀螺漂移的分析类似，也可分为高了其跟踪卫星的能力，从而提高接收机的动态特性和抗干3种分量，但在组合导航设计中，一般只考虑

5、随机常值误差，扰能力，但对软硬件要求较高，实现难度大［1］。现在，国外的而忽略相关误差。所以，加速度计的误差模型一般为SINS/GPS紧耦合组合导航系统已处在应用与普及阶段;国=a+ωa(3)内对松耦合的研究相对比较成熟，但紧耦合方面的研究仅处式中:a为随机常值误差;ωa为白噪声过程。于研究实验状态［2］。本文主要针对2种组合模式的特点进1．2GPS误差模型行系统建模，同时设计出一段可以包括载体所有可能的激动GPS的误差状态通常取2个与时间有关的误差:一个是轨迹，并在此基础上运用卡尔曼滤波进行误差估计，分析

6、2与时钟误差等效的距离误差δtu;另一个是与时钟频率误差种组合模式在量测方程不同的情况下的××××。本文的等效的距离率误差δtru。GPS的误差状态δtu、δtru的微分方程［4－5］系统建模中以SINS和GPS的误差状态作为系统状态，以当分别为地地理坐标系作为导航坐标系。δtu=δtru+ωtu{(4)δtru=－βtruδtru+ωtru1SINS/GPS组合导航系统建模写成矩阵形式有XG(t)=FG(t)XG(t)+GG(t)WG(t)(5)1．1SINS惯性元件的误差模型式中1)陀螺漂移误差模型收稿

7、日期:2011－08－16作者简介:高娟(1982—)，女，硕士研究生，主要从事飞行器设计研究;韩惠珍(1985—)，女，硕士研究生，主要从事导航与制导研究。高娟，等:SINS/GPS紧耦合与松耦合组合导航系统分析93TXG=[δtuδtru](6)则惯导解算速度可表示为Vse=Vre+δVe1010FG=[]，GG=[]，Vsn=Vrn+δVn(16)0－βtru01{TVsu=Vru+δVuWG=[ωtuωtru](

8、7)GPS接收机的速度信息为1．3松耦合系统模型Vge=Vre－Me1)状态方程{Vgn=Vrn－Mn(17)在位置、速度方式下的SINS/GPS松耦合组合导航误差Vgu=Vru－Mu模型中，为简单起见，不考虑陀螺的相关误差，选取惯导系统Me、Mn、Mu分别为GPS接收机的东向、北向和天向速度中的姿态误差、速度误差、位置误差以及陀螺仪和加速度计误差。误差作白噪声处理。的常