基于GPS的捷联惯导系统误差校正研究_徐梓峰

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1、计算机测量与控制．２０１３．２１（９）算法、设计与应用·２５１８·ＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ文章编号：１６７１－４５９８（２０１３）０９－２５１８－０４中图分类号：ＴＰ３０１文献标识码：Ａ基于ＧＰＳ的捷联惯导系统误差校正研究徐梓峰，卢艳娥，庞春雷（空军工程大学信息与导航学院，西安７１００７７）摘要：捷联惯性导航系统的误差随着时间累积而不断增大，最终会导致导航失效；文章根据捷联惯导系统的误差方程，分析了捷联惯导系

2、统的主要误差源对系统的影响及误差特性，说明各误差对系统的精度影响较大；为减小这种误差对导航系统的影响，通过卡尔曼滤波将ＧＰＳ与捷联惯导系统组合，用ＧＰＳ的导航信息对捷联惯导系统的误差进行校正，并对其校正的性能进行了仿真，仿真结果说明该方法可以有效的校正捷联惯导系统的误差，提高系统的精度。关键词：捷联惯性导航；ＧＰＳ；误差分析；误差校正；卡尔曼滤波ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＥｒｒｏｒＥｍｅｎｄａｔｉｏｎｏｆＳｔｒａｐ－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＧＰＳＸｕＺｉｆｅｎｇ，ＬｕＹａｎｅ，ＰａｎｇＣｈｕｎｌｅｉ（Ｃ

3、ｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎ，ＡｉｒＦｏｒｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒａｐ－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｏｖｅｒｔｉｍｅａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｅｓｔｏｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｅｖｅｎｔｕａｌｌｙｌｅａｄｓｔｏｎａｖｉｇａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＳＩＮＳｅｒｒｏｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｅｒｒｏｒｓｏｕｒｃｅ

4、ｓｆｏｒＳＩＮＳａｎｄｅｒｒｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｒｒｏｒｓｈａｖｅａｇｒｅａｔｅｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｉｓｅｒｒｏｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ＳＩＮＳｅｒｒｏｒｉｓｃｏｒｒｅｃｔｅｄｗｉｔｈＧＰＳｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＧＰＳａｎｄＳＩＮＳｂｙＫａｌｍａｎＦｉｌｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒ

5、ｍ－ａｎｃｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆＳＩＮＳａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉ－ｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＩＮＳ；ＧＰＳ；ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ０引言陀螺仪在捷联系统中起测量器件的作用，陀螺漂移引起的数学平台漂移率与陀螺漂移方向相反，刻度系数误差引起载体角速捷联惯性导航系统（Ｓｔｒａｐ－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａ

6、ｔｉｏｎＳｙｓ－度测量误差，经姿态更新引入系统，捷联惯导系统误差还受载ｔｅｍ，ＳＩＮＳ）是一种自主式导航系统，工作时不受外界干扰，体加速度和角加速度的影响，其中陀螺仪的漂移误差对系统的同时能提供比较完备的导航信息，而且又具有数据更新频率高影响是最大的。和稳定性好的优点，因此在军事和航空航天领域有着不可替代的作用。但是捷联惯导系统也有突出的缺点，其核心部件陀螺１．１捷联惯导系统的误差模型导航坐标系选取为东北天地理坐标系，不考虑刻度因子误仪存在漂移误差，使导航精度随时间的增长而降低，长时间工［３］：作，误差会超出允许范围。因此必须利用其它导航系统

7、的信息差和安装误差，捷联惯导的姿态误差方程为对惯导误差进行校正［１－２］。珔ＶＥφＥ＝φＮ（ωｉｅｓｉｎＬ＋ｔａｎＬ）－ＲＮ＋ｈＧＰＳ定位精度高，误差不随时间的增长而累积，可全天ＶＥδＶＮＶＮ候的在全球范围内精确导航。因而可以用ＧＰＳ导航信息作为φＵ（ωｉｅｃｏｓＬ＋）－＋δｈ（Ｒ）２－εＥＲＮ＋ｈＲＭ＋ｈＭ＋ｈ惯导的校正信息，使两者实现优势互补。珔（ωＶＥｔａｎＬ）－φＵＶＮ－φＮ＝－φＥｉｅｓｉｎＬ＋１捷联惯性导航系统的误差ＲＮ＋ｈＲＭ＋ｈ惯性导航系统分为捷联惯导系统和平台惯导系统，二者主δＶＥＶＥδＬωｉｅｓｉｎＬ＋ＲＮ＋ｈ－δｈ（Ｒ）

8、２－εＮ要区别在于前者用数学方式对平台进行构造，后者则采用物理Ｎ＋ｈ方式，但是捷联惯导系统和平台惯导系统在本质上是相同的。φ珔Ｕ＝φＥ（ωｉｅｃｏｓＬ＋ＶＥ）＋φＵ