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1、GPS／MEMS-INS组合导航系统设计38902011,Vo1.32,No.11计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesignGPS/MEMS.INS组合导航系统设计秦红磊,张亚珍,丛丽,邢菊红(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191)摘要:针对微机电系统(microelectromechanicalsystem,MEMs)惯性器件随机噪声大,现有的去噪算法难以兼顾降噪效果和信息处理速度的问题,提出自适应实时混合去噪算法;利用无轨迹卡尔曼滤波(unscentedKalmanfilter,UKF)算
2、法进行信息融合,克服了扩展卡尔曼滤波(extendedKalmanfilter,EKF)对非线性系统线性化会带来额外误差的缺点;利用多线程信息同步技术实现微机电惯性导航系统(MEMsinertialnavigationsystem,MEMS?INs)和全球定位系~(globalpositionsystem,GPS)的同步运行.基于以上关键技术和算法,设计了一种GPS/MEMS.INS组合导航系统,实验结果表明,该组合导航系统在静态及动态环境下均能够进行实时高精度地导航定位.关键词:全球定位系统;微机电惯性导航系统;自适应实时混合去噪;无
3、轨迹卡尔曼滤波;多线程中图法分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1000—7024(2011)11-3890.04DesignofGPS/MEMS—INSintegratednavigationsystemQrNHong—lei,ZHANGa-zhen,CONGLi,XINGJu-hong(SchoolofElectronicandInformationEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,China)Abstract:For
4、theproblemoftheMEMSinertialdevices'largerandomnoiseandexistingde—noisingalgorithmsaredifficulttobalancethede—noisinglevelandinformationprocessingspeed,anadaptivereal—timehybridde—noisingalgorithmisproposed.InordertoovercomeEKFalgorithm'Sshortcomingsthatitmaybringaddition
5、alerror,UKFalgorithmisusedinthesystem.MultithreadingtechnologyisusedtomakeGPSandMEMS—INSsynchronous.AGPS/MEMS—INSintegratednavigationsystembasedonthekeytechniquesandal—gorithmsisdesigned.Testresultsshowthattheintegratednavigationsystemcanachievehighaccuracynavigationinre
6、altimeinbothdynamicandstaticenvironment.Keywords:GPS;MEMS—-INS;adaptivereal?-timehybridde?-noisingalgorithm;UKF;multithreading0引言微机电系统(microelectromechanicalsystem,MEMS)惯性器件具有尺寸小,重量轻,成本低,功耗低等特点[1-2].但目前MEMS惯性器件精度较低,导致微机电惯性导航系统(MEMSinertialnavigationsystem,MEMS—INS)误差随时间积
7、累严重,无法进行单独导航.MEMS.INS与全球定位系统(globalpositionsystem,GPS)的优势互补,使其构成的组合导航已逐渐成为导航系统主要的发展方向之一.MEMS惯性器件误差一般可分为刻度因子误差,确定性漂移及随机噪声.刻度因子误差一般在出厂前以进行标定和补偿;确定性漂移可通过多项式拟合法进行补偿;而对于随机噪声,目前常用的去噪方法有均值滤波,中值滤波,小波去噪等.均值滤波算法简单实用,滤波时间短,但只适用于静态及低动态信号的去噪;中值滤波算法适用于动态性较强的信号的去噪,但是当缓慢变化的信号中出现高频噪声时,其去
8、噪效果不如均值滤波;小波去噪效果优于均值滤波及中值滤波,且静态,动态信号均适用,但由于要进行多层次的信号分解与重构,所需时间较长,很难满足系统的实时性要求.本文提出的自适应实时混合去噪算法将均值滤波,小波去
