基于GPS的捷联惯导系统误差校正研究_徐梓峰.pdf

计算机测量与控制（）
．２０１３．２１９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－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＧＰＳ

ＸｕＺｉｆｅｎｇ，ＬｕＹａｎｅ，ＰａｎｇＣｈｕｎｌｅｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎ，ＡｉｒＦｏｒｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒａｐ－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｅｒｒｏｒｏｖｅｒｔｉｍｅａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｅｓｔｏｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｅｖｅｎｔｕａｌｌｙｌｅａｄｓｔｏｎａｖｉｇａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ．
Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＳＩＮＳｅｒｒｏｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｅｒｒｏｒｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒＳＩＮＳａｎｄｅｒｒｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｒｒｏｒｓｈａｖｅａｇｒｅａｔｅｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｉｓｅｒｒｏｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，
ＳＩＮＳｅｒｒｏｒｉｓｃｏｒｒｅｃｔｅｄｗｉｔｈＧＰＳｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＧＰＳａｎｄＳＩＮＳｂｙＫａｌｍａｎＦｉｌｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍ－
ａｎｃｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆＳＩＮＳａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｃｉ－
ｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＩＮＳ；ＧＰＳ；ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ

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
０引言，
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－ｄｏｗｎＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓ－
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。
捷联惯导系统的误差模型
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
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，
差和安装误差捷联惯导的姿态误差方程为［３］
作，误差会超出允许范围。因此必须利用其它导航系统的信息，：

［］
对惯导误差进行校正１－２。珔ＶＥ
φＥ＝φＮ（ωｉｅｓｉｎＬ＋ｔａｎＬ）－
ＲＮ＋ｈ
ＧＰＳ定位精度高，误差不随时间的增长而累积，可全天
候的在全球范围内精确导航因而可以用导航信息作为（ＶＥ）δＶＮＶＮ
。ＧＰＳφＵωｉｅｃｏｓＬ＋－＋δｈ２－εＥ
ＲＮ＋ｈＲＭ＋ｈ（ＲＭ＋ｈ）
惯导的校正信息，使两者实现优势互补。
珔（ＶＥ）ＶＮ
捷联惯性导航系统的误差φＮ＝－φＥωｉｅｓｉｎＬ＋ｔａｎＬ－φＵ－
１ＲＮ＋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δＶＥＶＥ
ＬｉｅｓｉｎＬｈＮ
δω＋－δ（）２－ε
要区别在于前者用数学方式对平台进行构造，后