GPS与惯性导航系统融合的精确连续定位算法

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1999年　8月

第20卷　第8期通　信　学　报JOURNALOFCHINAINSTITUTEOFCOMMUNICATIONSVol.20No.8August1999学术论文

GPS与惯性导航系统融合的精确连续定位算法

陈靓影　汪国有　张天序　陈　丹Ξ

(华中理工大学图像识别与人工智能研究所图像信息处理与智能控制国家教育部开放实验室　武汉430074)

摘　要　为了克服独立的惯性导航系统无限制的位置误差和GPS的1Hz慢速数据修正速率的缺陷,本文提出了对两种具有不同输出数据速率运动传感器GPS与INS融合算法,研究了五点二次和两点线性预测的高精度连续融合定位算法,真实GPS数据和模拟INS数据融合的实验证明了该方法的正确性,为在中、高动态环境下的高精度实时连续定位提供了一种新的途径。

关键词　GPS　INS　定位　融合

分类号　TN96712

AContinuouslyHighAccuratemfor

IntegratingaChenJTianxu　ChenDan

(StateL1IageProcessingandIntelligenceControl,Inst1

forrtificialHuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430074)

Inrdertosolvetheslowlymodifiedrateabout1HzofaGPSandtheinfinitepositionerrorofanINS,acontinuouslyhighaccuratepositioningalgorithmofalinearconvexcombinationofalinear2two2pointandaquadratic2five2pointpolynomialtofilterandpredictGPS INSposition2ingdataispresentedinthispaper1TheintegrationexperimentofrealGPSdataandsimulatedINSdatahasshownthevalidityofthismethod1Itprovidesanewapproachofcontinuouslyhighaccu2raterealtimepositionundermiddleorhighdynamicenvironment1

Keywords　GlobalPositionSystem(GPS),InertialNavigationSystem(INS),positioning,integra2tion

1　引言

GPS全球卫星定位系统是一种天基射频多边导航系统,它能为全球用户提供精确的位置、速度和时间修正,位置精度可达到10m,速度精度约为011m 但独立的GPS卫星导航系s。

统常常不能实现快速连续高精度地导航[1]。另一方面,独立的INS由于其无限制的位置误差,使得它不能在动态环境中长时间地完成高精度连续导航任务[2]。因此,在导航期间,必须用外部修正信号对INS进行修正。

　　对于必须在中高动态环境中工作的飞行器来说,将GPS的长期高精度与INS的短期高精度结合起来,利用多传感器数据融合技术,可获得高精度的位置修正值。这种综合系统可以克服惯性导航系统无限制的位置误差的局限和独立GPS的1Hz慢速位置修正频率的局限性,其

Ξ国防科工委基金资助项目(95JIA.5.1JW05)

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第8期陈靓影等:GPS与惯性导航系统融合的精确连续定位算法 33 系统位置定位性能优于上述两个独立的系统。因此,本文提出了对两种具有不同输出数据速率运动传感器的GPS与INS融合的五点二次和两点线性预测的高精度连续定位算法,真实

高动态环境下工作的GPS数据和模拟INS数据融合的实验证明了该方法的正确性,为在中、

飞行器高精度实时连续定位提供了一种新的途径。

　　GPS与惯导系统融合的连续精确定位方法,可广泛应用于中高动态环境下工作的飞行器高精度可靠导航,这对各类具有精确末制导能力的武器系统都有着极其重要的应用价值,是国内、外目前和未来精确制导技术的重要研究领域和方向。

2　GPS和INS数据融合算法

2.1　GPS和INS数据融合算法原理

由于GPS具有长期的高精度,而INS具有短时的高精度,并且GPS和INS两种运动传感器输出的定位数据速率不同,它们是飞行器同一运动两个不同的互补的观测量,因此,对它们进行融合必定可以得到高精度的实时定位数据,克服INS无限制的位置误差和独立GPS的慢速率输出定位数据的缺陷。另一方面,动运动,可以把它与INS的短时高精度结合起来,性运动,可以把它与GPS,滤波预测器的线性凸联合方法[3]来融合GPSI,并且,由于飞行器本身的机动运动是可以预先知道的,an滤波器不同的是,本方法可以根,又反映飞行器的惯性运动,所以,。下面将简要的阐述其工作原理。　　假设Ηl(t),GPS定位位置的误差数据为Ηq(t),则INS误差漂移信号l(t)的N:Ηδl=a0+a1tΗ

　　式中a0,a1为预测器的系数,t为时间,^为预测值。其最小方差估计为:δl(tk tk)=a0+a1tk

Η

　　其中,

N(1)

a0

aN　　　　∑tk=1N

k=1-1Nk∑Η(t)kk=1N=Nk(2)k∑t　　　∑tk=1k2∑Η(t)tk=1

式中N等于2。

　　在tk+1时刻INS误差漂移信号的预测值为:δl(tk+1 tk)=a0+a1tk+1Η

　　类似的,GPS定位位置误差Ηq(t)的五点二次多项式滤波预测器为:δq(t)=b0+b1t+b2t2Ηδq(tk tk)=b0+b1tk+b2tk2Η(3)(4)

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