低成本GPSDR容错组合导航系统设计

第１８卷第４期２０１０年８月

文章编号：１００５ ６７３４（２０１０）０４ ０４５５ ０７

中国惯性技术学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＩｎｅｎｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖ，０１．１８ＮＯ．４Ａｕｇ．２０１０

低成本ＧＰＳ／ＤＲ容错组合导航系统设计

张强，孙尧，万磊，夏全喜

（哈尔滨工程大学自动化学院水下机器人技术国防科技重点实验室，哈尔滨１５０００１）

摘要：ＧＰＳ信号易受建筑物或树木遮蔽，而低成本的ＭＥＭＳ惯性元件随机漂移大，性能随温度急剧变化，采用

一般的Ｋａｌｍａｎ滤波器融合ＧＰＳ和低成本ＭＥＭＳ惯性元件信号，构成ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统很难满足导航系统的容错和精度要求．幸目Ｉ－ｘ＠ＧＰＳ和ＭＥＭＳ惯性元件构成的低成本６ＰＳ／ＤＲ组合导航系统，设计了容错ｕｌ【Ｆ／ｘＦ联邦ｇａＩｍａｎ滤波算法，提高了组合导航系统的定位精度和抗干扰能力；针对ＭＥＭＳ惯性元件随机漂移大的缺点，采用零偏

试探消减算法，抑制了ＭＥＭＳ惯性元件的随机零漂，提高了ＭＥＭＳ惯性元件的精度．仿真结果表明，基于该算法的ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统的定位精度高，抗干扰能力强，在ＧＰＳ信号中断的情况下导航系统仍可在短时间内保持较高的定位精度．

关键词：组合导航系统；故障检测；联邦Ｋａｌｍａｎ滤波；零偏试探消减法中图分类号：Ｕ６６６．１

文献标志码：Ａ

ＤｅｓｉｇｎｏｆｌｏｗｃｏｓｔＧＰＳ／ＤＲｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

ＺＨＡＮＧ

Ｑｉａｎｇ，ＳＵＮＹａｏ，ＷＡＮ

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Ｌｅｉ，ＸＩＡ

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Ｈａｒｂｉｎ

１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

ｈｉ．ｇｌＩｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＰＳｓｉｇｎａｌｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅｉｎｅｒｔｉａｌｄｅｖｉｃｅｓｏｆｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｈａｒｐｌｙ

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ＭＥＭＳｉｎｅｒｔｉａｌｄｅｖｉｃｅｓｉＳｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｂｙｈｅｕｒｉｓｔｉｃｄｒｉＲｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（ＨＤＲ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｃｇｒａｔｅ诅ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｆｅｄｅｒａｔｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ；ｈｅｕｆｉｇｉｃｄｒｉｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ

目前大多数室外陆地导航任务均采用ＧＰＳ作为导航设备。但是在高楼林立或林荫覆盖的道路上ＧＰＳ信号很容易被遮挡而影响定位精度。通常的办法是利用辅助导航设备与ＧＰＳ一起构成组合导航系统，不但能够提高导航系统的精度而且当ＧＰＳ信号严重衰减的时候，仍可以继续提供精确的定位信息。传统的ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统通常采用里程计作为距离传感器。但是利用里程计构成的ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统存在诸如安装不便、测量误差大，成本较高等缺陷【１１。文献【２＿４】利用由多个ＭＥＭＳ陀螺仪和ＭＥＭＳ加速度计配置成的惯性测量单元与ＧＰＳ构成ＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统，能够提供较为精确的定位和姿态信息，但城市路面导航一般只需要精确的位置信息而不太需要车辆的姿态信息，收稿日期：２０１０．０３．２２；修回日期：２０１０．０７．０７基金项目：国家自然科学基金（５０９０９０２５／Ｅ０９１００２）

作者简介：张强（１９８卜一），男。博士研究生，从事惯性导航和组合导航技术研究。Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｑｉａｎ９０４０８＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

联系人：孙尧（１９６３一），男，教授，博导，从事信息融合技术、导航自动化、突变控制等方面的研究。