UKF融合SINS/CNS/GPS的综合导航算法

3 下载量 86 浏览量 更新于2024-08-27 收藏 166KB PDF 举报
"基于UKF的SINS/CNS/GPS融合导航算法" SINS( Strapdown Inertial Navigation System,捷联式惯性导航系统)具有提供连续导航信息的优点,不受外部环境影响。然而,由于误差漂移的问题,SINS通常需要与其他传感器如CNS(Celestial Navigation System,天基导航系统)和GPS(Global Positioning System,全球定位系统)相结合。CNS通过星敏感器提供精确的姿态信息,但易受大气环境干扰;GPS能持续获得准确的位置和速度信息,但因多路径效应或遮挡影响,可靠性不足。因此,SINS/CNS/GPS的融合能够提高导航系统的精度和可靠性。 目前,线性卡尔曼滤波器被应用于SINS/CNS导航系统和SINS/GPS导航系统,如参考文献[1][2]和[3][4]所示。这些方法分别修正姿态、位置和速度,但并未将它们结合起来。Carlson提出了一种联邦卡尔曼滤波方法[5][6],利用分布式滤波器融合姿态、位置和速度信息,成为SINS/CNS/GPS集成导航系统的基本融合方式。所有上述方法都依赖于线性误差模型。 然而,线性模型无法充分处理非线性问题,特别是在SINS/CNS/GPS融合导航中,误差动态往往具有非线性特性。为了克服这一局限,Unscented Kalman Filter(UKF,无迹卡尔曼滤波器)被引入。UKF是一种适用于非线性系统的滤波算法,它通过选取少量的“关键点”(sigma点)来近似系统的概率分布,从而避免了线性化的误差,提高了估计精度。 在SINS/CNS/GPS融合导航算法中,UKF可以更有效地融合来自不同传感器的数据。首先,UKF会估计每个传感器的初始状态和误差协方差,然后在每个时间步长,UKF会生成一组sigma点,这些点在状态空间中覆盖了预测分布的范围。接着,UKF通过非线性函数将sigma点转换到测量空间,再通过加权平均得到预测的系统状态。同时,UKF也会更新误差协方差,以反映系统不确定性。当新的测量数据可用时,UKF会进行测量更新,进一步优化状态估计。 通过UKF的这种机制,SINS/CNS/GPS融合导航系统能够更好地处理非线性误差,增强系统对各种环境变化和传感器故障的适应性。此外,UKF还具备良好的计算效率,使得实时处理大量传感器数据成为可能。 基于UKF的SINS/CNS/GPS融合导航算法是针对传统线性方法在处理非线性问题上的局限性而提出的一种改进方案,它提升了系统性能,增强了导航的精确性和稳定性。这种技术在现代航空、航海和自动驾驶等领域有着广泛的应用前景。