一种基于UKF天文组合导航滤波算法探究.doc

一种基于UKF天文组合导航滤波算法探究.doc一种基于UKF天文组合导航滤波算法探究摘要:飞机导航系统的设计需要考虑传感器和外部因素不稳定带来的影响,同时在飞行中也面临着导航系统和量测噪声统计不确定问题,因而导致滤波精度低,稳定性差,有可能发散。为此本文研究了一种基于UKF的自适应卡尔曼滤波算法,能自动平衡状态信息与观测信息在滤波结果中的权比,来实时调整状态向量和观测向量的协方差,从而提高系统的性能。仿真结果表明该算法定位精度高,稳定性好,具有重要的工程应用价值。关键词:UKF自适应滤波组合导航1、引言SINS能完全独立自主的工作,具有短时精度高、输出连续、抗干扰能力强,可同时提供位置、姿态信息等突出优点,但它误差随时间积累,S精度高、误差不随时间积累,在所有导航设备中航向精度最高,观测目标为天体不可能被人为摧毁,战争时可用性高,但其输出信息不连续,并且在某些情况下会受到外界环境的影响,如在航空中的应用容易受到气候条件的影响[1],目前我国比较先进的星敏感器的输出频率为1Hz,对有高精度要求的军用载体来说是不适用的[2]。由于两者都存在着自身难以克服的缺点,但两者具有互补的特点,所以,将其组合不仅具有独立系统各自的主要优点,而且随着组合水平的加深,它们之间互相交流、使用信息加强,SINS/天文组合系统的总体性能要优于各自独立系统。本文研究的自适应UKF卡尔曼滤波算法,在系统噪声统计特性未知时,此算法能自动平衡状态信息与观测信息在滤波结果中的权比,来实时调整状态向量和观测向量的协方差,从而提高系统的性能。2、星敏感器姿态测量误差分析星敏感器是高精度仪器,但也存在多种误差源,主要包括光学系统成像误差,加工、装配误差,D噪声、暗电流、性应不均匀性,电子线路噪声,标定误差等。因此,星敏感器的姿态确定精度实际上受到诸多因素的影响:,包括恒星的自行、光行差、视差、光线弯曲等误差以及星表误差。光行差带来的误差较大,约为20角秒,高精度的姿态确定系统需要对此进行补偿。这些误差导致恒星星光方同矢量在惯性参考基准的指向误差。,它主要包括三类:光子霰粒噪声、暗电流噪声和转移噪声。各种噪声的产生使系统信噪比下降,导致测量精度降低。,D平面度不垂直、D平面交电坐标误差、焦距的误差等,都会对三维恒星星光方向矢量在密感器坐标系的指向产生影响,从而影响到姿态矩阵的精度。,以及星图和参与计算的各个星点像的特性,会在位置计算中带来算法误差。如星象中心计算误差、星图识别误差、姿态确定算法误差等。上述误差可分为两类,一类是随机误差,另一类是固定误差。使用时,可利用软件补偿固定误差,固定误差经补偿后造成的姿态误差小于1”。但星敏感器的测量仍然含有剩余误差。D星敏感器的姿态测量精度很高,且测量误差不随时间积累,其测量精度已经达到角秒级(),因此可以将星敏感器的测量误差简单考虑为零均值的白噪声过程,即:3、S的姿态和位置与惯导组合方式,在此选用反馈校正的方式,S和SINS输出的姿态和位置信息的差值作为量测值,经自适应卡尔曼滤波器估计出SINS系统的误差,然后对SINS系统误差进行校正,即可得到位置、姿态等参数的组合导航系统量测值[4]。组合系统状态向量选取:由状态