基于信息融合的GPS航位推算組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

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1、2008NO.30ScienceandTechnologyInnovationHerald科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)高新技術(shù)基于信息融合的GPS航位推算組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)韓世超左韜(武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院湖北武漢430081)摘要:全球定位系統(tǒng)(GPS)和航位推算(DR)兩種定位方式的結(jié)合,構(gòu)建了基于卡爾曼濾波的算法,實(shí)現(xiàn)陸地GPS/DR組合定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合,當(dāng)其中任何一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)聯(lián)合濾波器仍然可繼續(xù)為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。本文簡介了GPS/DR車載組合導(dǎo)航。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及運(yùn)用聯(lián)合卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞:GPS/DR組合

2、導(dǎo)航系統(tǒng)航位推算卡爾曼濾波信息融合中圖分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2008)10(c)-0023-021引言DR系統(tǒng)采用低成本的陀螺儀和車輛里程系統(tǒng)的整體狀態(tài)變量X取為S=[SVAS1112GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以提供全球范圍表構(gòu)成,通過對(duì)車輛航向角變化量和車輛位置VAeY]T,其中S,V,A;S,V,A分別為坐標(biāo)22111222的衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù),用戶實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星發(fā)出變化量的測(cè)量,遞推出車輛的位置變化,因此中XY軸軸方向的位置、速度和加速度,單位的星歷,可以解算出用戶當(dāng)前的位置、速度和能夠提供連續(xù)的、

3、相對(duì)精度很高的定位信息。分別是m、m/s和m/s2;讓GPS子系統(tǒng)的狀態(tài)時(shí)間等定位信息。但GPS接收機(jī)在城市中受到其自主導(dǎo)航的基本原理主要是:在車輛定位應(yīng)變量S1和DR子系統(tǒng)的狀態(tài)變量S2都和S一高大建筑物、橋梁、隧道、樹木等的遮擋時(shí),用中,車輛的運(yùn)動(dòng)可以看作是在二維平面上的致,就可以得到一致的狀態(tài)方程,建立車輛的會(huì)引起信號(hào)的失鎖,此時(shí)GPS定位系統(tǒng)不能為運(yùn)動(dòng),如果已知車輛的起點(diǎn)位置坐標(biāo)和初始航運(yùn)動(dòng)方程如式(1)。用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。因此一般采用多個(gè)系統(tǒng)向角,通過實(shí)時(shí)測(cè)量車輛的行駛距離和航向角來組建成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的組合導(dǎo)航系統(tǒng),通過多個(gè)的變化,

4、就可以推算出車輛的每個(gè)時(shí)刻的二維導(dǎo)航系統(tǒng)的定位信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,得到比單坐標(biāo)。具體的推算算法可見文獻(xiàn)[1]。由于DR個(gè)定位信息更好的定位性能和更全面的定位系統(tǒng)自身不能提供車輛的初始位置座標(biāo)和初信息,來提高定位精度,滿足定位的需要。(1)GPS/DR組合方式是指GPS與航位推算(DeadReckoning,簡稱DR)的組合導(dǎo)航方式。將GPS定位與DR定位方式組合起來,可確保移式中,T,T分別為東向和北向機(jī)動(dòng)加速動(dòng)車輛在丟失衛(wèi)星信號(hào)時(shí)仍能有效地確定車A1A2度的相關(guān)時(shí)間常數(shù);A,A分別為“當(dāng)前”X軸輛所在的位置。DR是典型的獨(dú)立定位技術(shù),1

5、2和Y軸加速度分量的均值,W,W分別為(0,在短時(shí)間內(nèi)能夠保持較高的精度,且其有效性A1A2d2)和(0,d2)的高斯白噪聲。角加速度漂移e和不受外界的影響,但該方法僅能確定相對(duì)位A1A2速度因子Y。d2和d2的計(jì)算可采用機(jī)動(dòng)加置,且誤差將隨推算過程而累加。因此,GPSA1A2速度方差的自適應(yīng)算法。和DR存在很強(qiáng)的互補(bǔ)關(guān)系。一方面,GPS提3.2卡爾曼濾波供的絕對(duì)位置信息可以為DR提供推算定位的卡爾曼濾波稱為一種最優(yōu)估計(jì)理論,就實(shí)初始值并進(jìn)行誤差校正;另一方面,DR的推算圖1GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理現(xiàn)形式而言,卡爾曼濾波器實(shí)質(zhì)上是一套

6、由數(shù)結(jié)果可用于補(bǔ)償部分GPS定位中的隨機(jī)誤差,字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的遞推算法,每個(gè)遞推周期中包從而平滑定位軌跡。所以利用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒑瑢?duì)被估計(jì)量的時(shí)間更新和量測(cè)更新兩個(gè)過兩種系統(tǒng)結(jié)合起來,充分利用其定位信息的互程。時(shí)間更新由上一步的測(cè)量更新結(jié)果和設(shè)補(bǔ)性,就能夠獲得比單獨(dú)使用任何一種方法時(shí)計(jì)卡爾曼濾波器時(shí)的先驗(yàn)信息確定,量測(cè)更新都要高的定位精度和可靠性。則在時(shí)間更新的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)時(shí)獲得的量測(cè)值確定。因此,量測(cè)量可看作卡爾曼濾波器的2GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)組成及原理輸入,估計(jì)值可看作輸出。輸入和輸出之間由2.1GPS/DR系統(tǒng)的組成時(shí)間更新和量測(cè)更

7、新算法聯(lián)系,這與我們所了GPS/DR系統(tǒng)主要有三大部分組成,如圖解的信號(hào)處理中因果系統(tǒng)的概念相類似的。1所示:(1)數(shù)據(jù)采集輸入部分。主要由低成本由基本卡爾曼濾波算法可以派生出許多的陀螺儀、里程表及指南針等組成,進(jìn)行相關(guān)其他的卡爾曼濾波算法,如擴(kuò)展卡爾曼濾波算數(shù)據(jù)的采集。(2)數(shù)據(jù)處理部分。由計(jì)算機(jī)將收法、卡爾曼濾波的UD分解算法、反饋校正的集到的導(dǎo)航信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,調(diào)用合適的導(dǎo)閉環(huán)卡爾曼濾波算法等?；究柭鼮V波要航算法和信息融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(3)數(shù)據(jù)求系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程都是線性的,而輸出部分。包括輸出接口、顯示器等各種終

8、圖2多傳感器信息融合示意圖在實(shí)際工程中,系統(tǒng)中常存在非線性,對(duì)非線端設(shè),實(shí)時(shí)的輸出車輛的位置信息。GPS/DR系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件一般包含GPS數(shù)始航向角,無法得到航位推算系統(tǒng)的初始值,性系統(tǒng)的濾波