联邦滤波器在INSGPSDVS组合导航系统中的新应用(火控).doc

基金项目：教育部新世纪优秀人才支持（NCET-06-0877）；国家863计划资助(2007AA0676)作者简介：刘明雍(1971—)男湖北石首人教授博士生导师。主要从事控制理论与应用水下航行器导航与制导。联邦滤波器在INS/GPS/DVS组合导航系统中的新应用刘明雍王小峰赵涛周良荣(西北工业大学航海学院西安710072)摘要：针对某机载导航系统不能满足高精度导航定位需要的问题采用了动态信息分配系数方法提出了一种新的基于联邦滤波器的INS/GPS/DVS组合导航方案通过对各子滤波器的信息分配系数进行优化增强了组合系统的导航性能。仿真结果表明该方案充分提取了导航传感器的信息有效地提高了组合导航系统的精度和故障检测能力。关键词：联邦滤波；信息分配；组合导航；卡尔曼滤波器中图分类号：U666.11文献标志码：ANewApplicationofFederatedFilterinINS/GPS/DVSIntegratedNavigationSystemLiuMing-yongWangXiao-fengZhaoTaoZhouLiang-rong(CollegeofMarineEngineeringNorthwesternPolytechnicalUniversityXi’an710072China)Abstract:Aimattheproblemthatsomenavigationsystemcannotfulfilltherequirementofhighprecisioninnavigationandlocation.AnewschemebasedonfederatedfilterinINS/GPS/DVSintegratednavigationsystemisproposedusingthedynamicinformationsharingcoefficientmethod.Whentheinformationsharingcoefficientsofsubsystemsareoptimizedintegratednavigationsystemperformanceimproved.Computersimulationwasdoneanditsresultsshowthattheschemecaneffectivelyimprovenavigationsystem’sprecisionandtheabilitytofaultdetectionandcanfullydistillinformationfromnavigationsensors.Keywords:federatedfilter;informationsharing;integratednavigation;Kalmanfilter引言单一的导航系统由于自身存在的不足已经无法满足现代导航系统高精度高可靠性的要求。惯性导航系统（INS）是一种完全自主的导航系统可提供速度姿态和位置信息但导航误差随时间积累。全球定位系统（GPS）具有全球性、全天候、高精度、三维定位的优点但不能提供载体的姿态信息且动态性能差。多普勒雷达（DVS）同样也存在着误差随时间积累的缺点。将上述三种系统适当的组合起来可取长补短大大提高导航精度。然而组合方式的不同将会影响导航系统的精度计算量和容错能力。为了克服单一导航系统的缺点大幅提高导航系统的精度本文利用联邦滤波器理论[123]和动态最优信息分配系数方法[4]提出了一种新的INS/GPS/DVS组合导航方案通过对各滤波器的信息分配系数进行优化增强了组合系统的导航性能。数字仿真结果表明：该方案能充分利用导航传感器的信息使子滤波器输出为最优可以有效提高导航系统的精度和故障检测能力。1联邦滤波器算法原理联邦滤波器是一种两级数据融合结构子滤波器和主滤波器并行工作。如图1所示图中公共参考系统为惯导系统它的输出一方面直接给主滤波器另一方面它可以输给各子滤波器作为量测值。各子系统的输出只给相应的子滤波器。各子滤波器的局部估计及其协方差阵送入主滤波器和主滤波器的估计值一起进行融合以得到全局最优估计。此外从图1中还可以看到由子滤波器与主滤波器合成的全局估计值及其相应的协方差阵被放大为后再反馈到子滤波器以重置子滤波器的估计值即（1）同时主滤波器预报误差的协方差也可重置为全局协方差阵的