模糊自适应Kalman滤波在INS∕GPS组合导航系统中的应用.pdf

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1、总第199期2011年第1期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringv01．31No．167模糊自适应Kalman滤波在INS／GPS组合导航系统中的应用。聂浩翔1’关劲2’卞鸿巍¨(海军工程大学电气与信息工程学院¨武汉430033)(海军装备部2’北京100036)摘要针对INS／GPS组合导航系统中因量测噪声的复杂多变造成的发散问题，引入了一种基于新息方差匹配技术的自适应模糊控制Kalrnan滤波算法。通过模糊控制器在线调整量测噪声方差，抑制滤波器发散，从而提高导航系统的

2、精度。仿真结果表明该算法具有比常规Kalman滤波更高的精度。关键词组合导航；Kalman滤波；新息；模糊控制中图分类号U666．1FuzzyAdaptiveKalmanFilteringinINS／GPSIntegratedNavigationSystemNieHaoxiang"GuanJin2’BianHongweil’(CollegeofElectricalEngineeringandInformationEngineering。NavalUniversityofEngineering¨，W

3、uhan430033)(NavyEquipmentDepartmend’，Beijing100036)AbstractThemeasurementnoiseintheINS／GPSintegratednavigationsystemiscomplexandvariable，whichcouldbringdivergenceTosolvethisproblem。thispaperpresentsafuzzyadadptiveKalmanfilteringalgorithmbasedonthe“con

4、‘variancematching”technology．BymodifyingthemeasurementnoisecovafianceofKalmanfilteringonlinebythefuzzylogiccontroller，thetechnologycouldrestraindivergencetOimprovetheaccuracyofthesystem．Thesimulationresultsindicatethat，thealgorithmhasthebetternavigati

5、onaccuracythantheregularKalmanfilteralgorithm．KeyWordsintegratednavigation，Kalmanfiltering，residuals，fuzzycontrollingCI擞Nutlll均rU666．11引言经典Kalman滤波技术以其对系统状态最优估计的特性在组合导航系统中广泛应用。然而，应用Kalman滤波技术需要准确的系统数学模型和噪声统计特性．不精确或错误的模型和噪声统计特性可能导致滤波器性能变差，甚至滤波发散[1]。为此，

6、通常采用自适应滤波技术，在滤波的同时，利用观测数据带来的信息，不断地在线估计和修正模型参数、噪声统计特性来提高滤波精度[2]。对于舰船INS／GPS测姿组合导航系统而言，一般认为系统噪声、系统模型相对较为稳定。但是由于可见卫星数目、多路径效应和仪器内部的测母噪声等多种因素的影响和GPS信号干扰的不确定性，其测量噪声的统计特性随实际工作环境而改变，即实际丁作时量测噪声的统计特性是未知的[3]。因此，使用卡尔曼滤波进行导航参数的估计时，系统参数估计的精度及可靠性受到很大的限制‘引。针对以上问题，本文采

7、用一种基于方差匹配技·收稿日期：2010年8月17日．修回日期：2010年9月29日作者简介：聂浩翔．男。硕士研究生．研究方向：惯性导航与组合导航技术。关劲，男。高级‘I：程师．研究方向：舰船导航装备科研管理。68聂浩翔等：模糊自适应Kalman滤波在INS／GPS组合导航系统中的应用总第199期术的模糊卡尔曼滤波算法，该算法根据量测新息的实际方差和理论方差的比值，由设计的模糊推理系统在线实时调整量测噪声。当量测噪声变大时，通过减少Kalman增益阵来减少对新息的使用，从而提高了卡尔曼滤波器的精度

8、和可靠性。2模糊自适应Kalman滤波算法原理2．1常规Kalman滤波算法对随机离散线性系统方程进行如下描述，设tt时刻系统状态方程与量测方程描述如下：X^一4K．^一1Xk一1+f、．★一l’yj—l(1)乙一H^X女+Ⅵ(2)其中，X。为估计状态，W。为系统噪声序列，Ⅵ为测量噪声序列，氟卜，为tH时刻至tt时刻的一步转移阵；n卜。为系统噪声驱动阵；Hk为量测阵；且帆和Ⅵ满足：EEw^]=0，Coy—Ew女，Wj]一Q％，EEu]一0，Coy一[Ⅵ，Ⅵ]一Q如，Coy一[矾，Ⅵ