[发明专利]一种MEMS/GPS组合导航系统中量测滞后的滤波方法

摘要

本发明提供了一种MEMS/GPS组合导航系统中量测滞后的滤波方法。采集MEMS三轴陀螺信号和加速度计信号，GPS输出的位置和速度信息；选取MEMS/GPS组合导航系统Kalman滤波器的状态变量；用Bernoulli分布序列γ_k来判断量测数据在某个时刻是否发生滞后；计算量测数据延迟时间段内滤波信息的修正量；利用双通道滤波方案解决量测滞后情况下的滤波增益K_K不匹配问题；最后对MEMS/GPS组合导航系统中量测滞后进行补偿。本发明根据量测数据的延迟情况分别建立相应的量测方程，计算滤波修正量并对系统进行补偿。本发明能够有效地提高MEMS/GPS组合导航系统的精度，避免了量测数据发生延迟时可能导致系统误差发散的问题，具有较强的现实应用意义。

主权项

1.一种MEMS/GPS组合导航系统中量测滞后的滤波方法,其特征在于：步骤一、采集MEMS三轴陀螺信号和加速度计信号；步骤二、采集GPS输出的速度V、经度λ和纬度用GPS接收的导航信息来校正MEMS的陀螺和加速度计的漂移；步骤三、选取MEMS/GPS组合导航系统Kalman滤波器的状态变量，选取的Kalman滤波器的状态变量为其中，δλ是经度误差，是纬度误差；δV_E是东向速度误差，δV_N北向速度误差；α,β,γ是初始的姿态误差角；V_E为载体的东向速度，V_N为载体的北向速度；是加速度计零偏；ε_x,ε_y,ε_z是三个轴的陀螺常值漂移；步骤四、根据MEMS的惯性系统的误差方程，计算姿态误差角、速度误差和位置误差；步骤五、在接收到量测数据时，根据Bernoulli序列γ_k来确定测量数据是否发生延迟，并将γ_k加入到Kalman滤波器中；步骤六、根据步骤五的判断结果，选择量测方程对系统进行量测更新；当系统只有一个测量数据发生了滞后，滞后时间为d，且在此时段之内没有再次发生测量数据滞后，则系统的量测方程为Z_k=H_kX+V_kZ′_k=H′_sX_s+V′_s其中，k≥1；Z_k是k时刻的观测向量；V_k是观测噪声，第二个式子是针对滞后的量测信息建立的量测方程，这个方程的Z′_k表示的s时刻的观测向量，这里s=k-d，Z′_k在k时刻到达系统，但是反映的却是s时刻的量测信息，V′_s是s时刻的观测噪声；步骤七、计算量测数据延迟时间段内滤波的修正量，在s时刻，量测数据发生了滞后，此时系统自动记录s时刻的观测矩阵H′_s和观测噪声方差R′_s，则此系统在k时刻的滤波修正量为δX^k|k=M′Ks′(Zk′-Hs′X^s|s-1)]]>其中，当延迟时间d=0的时候，M′=I；步骤八、在量测数据正常到达时，利用真实的滤波增益K_s进行滤波；在量测数据发生延迟时，对当前通道下的滤波不做调整，另外开辟一个滤波通道，这个通道用标准Kalman滤波增益K′_s来代替另外一个通道真实滤波增益K_s并将这些增益保存在缓存中，然后利用步骤七中修正公式计算滤波修正量待滞后的量测数据到达时，对该计算通道的计算的滤波信息进行修正，得到k时刻的Kalman滤波值；步骤九、对MEMS/GPS组合导航系统中量测滞后进行补偿，利用步骤六中得出的Kalman滤波方程对组合导航系统进行滤波，当数据发生延迟时，根据步骤七中的公式计算滤波信息补偿值，并切换到步骤八中的双通道滤波方案进行滤波，当延迟的测量数据在k时刻到达时，将得到的与相加就得到了滞后补偿后的Kalman滤波值。