改进概率关联算法在组合导航系统中的应用研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov252012V01．33No．112113．2120ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca文章编号：10006893(2012)11—2113一08改进概率关联算法在组合导航系统中的应用研究张恒浩，孟秀云*，刘藻珍北京理工大学宇航学院，北京100081摘要：针对组合导航系统中子系统提供的量测信息相互之问关联性不足的问题，在组合导航

2、系统中引入改进概率关联算法，通过改进的概率关联算法将这些导航信息按一定关系联系起来并进行融合计算。首先通过推导短时间概率关联算法求解惯性导航系统(INS)得到信息的可信概率，并引入掩模算子对全球定位系统(GPS)信息进行精度判断；然后，推导出长时间概率关联算法对组合导航系统信息进行融合；最后，建立修正算法并利用长时间概率关联算法得到的信息对惯性导航系统进行误差修正。仿真结果表明，这一改进的概率关联算法可以有效判断GPS信息精度并提高组合导航系统的导航精度。关键词：组合导航；独立导航；惯性导航系统；全

3、球定位系统；短时间概率关联算法；长时间概率关联算法；掩模算子；误差修正中图分类号：V448文献标识码：A针对组合导航系统中子系统信息关联性不足的问题，提出一种改进概率关联算法将这些导航信息有效结合在一起进行融合计算。将惯性导航系统和GPS组成的组合导航系统作为研究对象，组合导航系统中两个子系统得到的信息是相互独立的[1]。在正常情况下组合导航系统信息融合算法会提高系统整体的导航精度。但是当GPS工作时，若受到干扰会影响整个组合导航系统工作精度口]。传统的解决方法是采用余度导航信息来检测GPS系统信息

4、，但这种方法受制于组合导航系统的组合模式，不利于推广应用[3。4]。另一种方法就是通过概率关联算法将导航子系统的数据信息有机地结合起来，利用导航子系统信息相互之间的关系来判断GPS导航子系统的状态，从而提高组合导航系统的估计精度口_9]。当前，国内外应用概率关联算法优化组合导航系统信息的成果主要集中体现在利用地形辅助系统修正惯性导航系统(INS)和GPS系统误差[10。”]。但是在实际应用中，储备的地形辅助导航信息有时候不可能很全面，飞行器在境外上空飞行时更是如此，这些成为制约传统概率关联算法成果推

5、广的主要因素。针对这一问题，提出一种改进概率关联算法，这种改进概率关联算法利用惯性导航系统和GPS的相互关联性修正惯性导航系统误差，从而达到提高系统导航精度的目的。仿真结果表明，应用改进的概率关联算法摆脱了地形辅助系统的帮助，能够有效地抑制由于GPS干扰信号引起的误差，提高了组合导航系统的精度。1短时间概率关联算法推导在组合导航系统中，采用短时间概率关联算收稿日期：2011．12—16；退修日期：2012·02—15；录用日期：2012-03—19；网络出版时间：2012-04．0718：40网络出

6、版地址：WWWcnki．net／koms／detail／111929V．201204071840003．htmI*通讯作者．Tel：010—68914795E—mail：mengxy@bit．educn戮角格武fZhangHH，MengXytL珀ZZ．Research0t7improvedprobabilityassociationalgorithmappliedtointegratednavigation，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(11

7、)：2113-2128．张恒浩．孟秀云。裁藻珍．改进概率关联算法在组合导航系统中的应恿研究?航空学搬．2012．33(11)：2I

8、3-2120航空学报Nov．252012Y01．33No．11法将惯性导航系统得到的数据相互关联起来。在推导短时间概率关联算法时，设关联概率岛(忌)表示的是k时刻第i个有效量测与实际状态的关联概率。关联概率表示的是确定飞行器实际位置的概率。因为确定关联概率的集合表示的是量测信息来自于正确的导航目标的事件，所以这些事件在构成关联概率的集合空问里是一个不相交的完备分割集合，

9、设?Tt为完备分割集合的数量。关联概率需要满足∑犀(是)一1(1)i—O在推导惯性导航系统短时间概率关联算法时，将式(1)改为s(^)>：＆(忌)一1(2)f一1式中：s(矗)为k时刻确认的量测个数。设z(是)为理想状态下的飞行器状态，主i(愚Ik)为第i个有效量测值条件下k状态下的飞行器状态，才为k状态下的量测条件，则飞行器的状态估计公式为5(女)主(志f惫)一E(z(圳矛)一∑．2‘8i(志f五)犀(壶)i=1(3)由于惯性导航系统的信息短时间稳定性好，长时间稳定