基于联邦Kalman滤波的INS∕SAR∕TRN组合导航系统

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1、2010年第1期导弹与航天运载技术No．12010总第305期MISS也ESANDSPACEVEHICLESSumNo．305文章编号：i004-7182(2010)01．0016—03基于联邦Kalman滤波的INS／SAR／TRN组合导航系统代国峰，陈坚，宁小磊，罗宁(第二炮兵工程学院，西安，710025)摘要：在分析惯性导航系统(INS)、合成孔径雷达(SAR)和地形匹配导航系统(TRN)各自特点的基础上，提出了INS／SAR／TRN组合导航系统的组合滤波方案，并建立了相应的组合导航系统数学模型。仿真结果表明

2、，组合导航系统能大幅度提高导弹的导航精度，具有重要的实际意义。关键词：组合导航：惯性导航系统；合成孔径雷达；地形匹配导航；联邦Kalman滤波中图分类号：V554文献标识码：AINS／SAR／TANIntegratedNavigationSystemsBasedonFederalKalmanFilteringDaiGuofeng，ChenJian，NingXiaolei，LuoNing(TheSecondArtilleryEngineeringCollege，Xi’all，710025)Abstract：Accor

3、dingtotherespectivecharacteristicsofInertialNavigationSystcm(INS)，SyntheticApertureRadar(SAR)andTerrainReferencedNavigation(TRN)system，allintegratedfilteringschemeofINS／SAR／TRNintegratednavigationsystemisproposed，andthecorrespondingmathematicmodelisbuilt．There

4、sultofsimulationindicatestheintegratednavigationcallgreatlyimprovethenavigationprecisionofmissileandhasprofoundpracticesignificance．KeyWords：Integratednavigation；Inertialnavigationsystem；Syntheticapertureradar；Terrainreferencednavigation；FederalKalmanfilter0引言

5、弹道导弹在国防建设和现代战争中的作用和地位十分重要，在它的多项技、战术指标中，命中精度是最重要的指标之一。提高弹道导弹命中精度的核心是提高其制导精度，而要提高制导精度则必须提高导航精度，在现有技术条件下，任何一种单一导航系统的性能和应用范围都存在着很大的局限性，不能完全满足现代高科技战争对导航信息的要求，必须采用组合导航方案构建多功能、高精度的组合导航系统。惯性导航系统(INS)具有自主性和输出多种较高精度导航参数(位置、速度、航向和姿态等)的特点，但其误差随工作时间积累、精度随工作时间降低【卜31。合成孔径雷达(

6、SAR)具有全天候、全天时工作能力，其图像分辨率与波长、载体飞行高度、雷达作用距离等无关，且测绘带可以距航迹很远，能得到与光学摄影基本相当的高分辨率图像。利用SAR图像匹配定位来修正INS来组成的INS／SAR组合导航系统是惯性，景象匹配组合导航的发展方向，它不仅用于长距离导航，也应用于末制导技术。但单纯INS／SAR组合系统中的观测量只是水平位置偏差和方位角偏差，未提供INS垂直通道的误差信息，因而系统垂直通道的误差是发散的【4】。因此，本文中引入地形参考导航(TRN)技术，可以大大提高系统垂直通道的精度与组合导

7、航系统的性能瞄_J。1INS／SAR／TRN组合导航系统的方案设计1．1结构设计Carlson提出的联邦滤波结构由于其计算量小、容错性好的特点，已成为目前多传感器组合导航系统通用的滤波结构【5’6J。本文提出的INS／SAR／TRN组合导航方案也是基于联邦滤波结构，其结构框图如图1所示。该自适应联邦滤波器由2个子滤波器和1个主滤收稿卜j期：2009—04．Ol基金项目：总装备部“卜一五”装备预研项目作者简介：代国睦(1983．)．舅．硕士研究生，主耍从事导航、制导与控制技术的研究第1期代国峰等基于联邦Kalman滤

8、波的INS／S删组合导航系统17波器组成，各子滤波器独立工作，主滤波器只进行最2INS／SAR／TRN组合导航系统的数学模型优融合。公共参考系统是惯导系统，它的输出一方面2．1状态方程直接给主滤波器，另一方面输给各子滤波器作为量测以东北天地理坐标系作为建立动力学方程的基准值。各子滤波器根据状态方程和量测方程进行滤波，坐标系，选取有关的误差状态作为系统的状态变