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专利号: 2022116928109
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提高INS误差精度的方法,其特征在于,通过改进的自适应滤波算法估计最优的速度、位置,具体包括如下步骤:步骤1:获取INS的误差状态变量组成的15维误差向量,作为系统的状态向量;

步骤2:获取INS与GNSS的位置、速度,并将INS与GNSS输出的位置、速度差值作为建立松组合导航系统的量测方程;

采用GNSS RTK载波相位差分定位方法,将流动站GNSS接收机输出的模糊定位解GGA注入千寻SDK,进而从基准站获取RTCM载波相位观测值,同时利用回调的方式,再次将RTCM写入GNSS模组,将误差较大的模糊定位解提升为厘米级的高精度定位解;

步骤3:利用改进的自适应滤波算法估计最优的速度、位置;具体为利用INS与GNSS观测值和预测值计算协方差估计值和协方差理论值,将其作差后的绝对值作为观测依据,若观测值异常则剔除k时刻的观测值,若无异常,则代入合适自适应因子调节观测值与预测值的权重,从而获取INS速度、位置的最优估计值;

所述步骤3中改进的自适应滤波算法具体包括:

1)在时间更新阶段,假设在Xk‑1是k时刻相对于k‑1时刻的最优状态估计值,状态一步预测方程为:Xk,k‑1=Φk,k‑1Xk‑1

2)假设Pk,k‑1是k时刻相对于k‑1时刻的预测协方差矩阵,Pk‑1是k‑1时刻的预测协方差矩阵,状态一步预测协方差为:

3)在量测阶段可得到k时刻系统的卡尔曼滤波增益方程为:

4)滤波状态估计值为:

Xk=Xk,k—1+Kk(Zk‑HkXk,k‑1)

5)状态估计均方误差为:

所述改进的自适应滤波算法选择合适自适应因子αk,调节增益K,继而调节观测值与预测值的比重;

所述步骤3中选择合适自适应因子调节增益K,具体包括如下步骤:预测残差:

其协方差矩阵理论计算值为:

T

协方差估计值与协方差理论值之差:Δεk=(ε ε)‑tr(∑εk)2

(1)进行缩小范围,判断观测量是否有故障,采用残差χ 的检验法,当|Δεk|>5时,进行判断是否发生故障,引入故障检测函数为:2

式中λk表示自由度为m的χ 分布,其中m为Zk的维数,则判定规则如下:λk>TD,判定为有故障;λk<TD,判断无故障;

(2)如果检测出故障,则舍弃k时刻故障观测值,同时取合适自适应因子,用来平衡量测值与观测值的关系,减少误差:当残差过大时,通过αk自适应因子降低估计过程中预测量的比重,增大观测量的比重;

2

反之观测信息不可靠时,需要通过残差χ 检测,淘汰粗差,则增加预测量比重。

2.根据权利要求1所述的一种提高INS误差精度的方法,其特征在于,所述步骤1中获取INS的误差状态变量组成的15维误差向量的方法包括:式中:F(t)为状态转移矩阵,X(t)为系统状态向量,G(t)为系统噪声矩阵,W(t)为系统噪声向量,系统状态向量X(t)表示为:式中,φE,φN,φU,δυE,δυN,δυU, δλ,δh分别表示为INS的姿态误差、速度误差和位置误差,εbx,εby,εbz为陀螺仪偏差, 为加速度计偏差;

系统状态转移矩阵F(t)表示为:

式中,Fw(9×9)表示INS的姿态误差、速度误差和位置误差的状态转移矩阵,Fw(9×6)表示为惯性导航参数和惯性元器件之间的转换矩阵;

系统的噪声分配矩阵为:

系统的噪声向量表示为:

T

W(t)=[ωgx,ωgy,ωgz,ωax,ωay,ωaz]式中,ωgx,ωgy,ωgz和ωax,ωay,ωaz分别表示为陀螺仪和加速度计的随机游走误差。

3.根据权利要求1所述的一种提高INS误差精度的方法,其特征在于,所述步骤2中具体包括如下步骤:基于INS和GNSS输出的三向速度和位置信息的差值建立松组合导航系统的量测方程:式中,X(t)为系统状态向量;

将INS解算速度和GNSS输出速度作差可得组合导航系统的速度量测方程,具体表示为:将INS解算位置和GNSS输出位置作差可得组合导航系统的位置量测方程,具体表示为:量测矩阵H(t)和量测噪声向量V(t)分别为: