基于联邦滤波器的SINSGNSDVS水下组合导航研究VIP专享VIP免费

基于联邦滤波器的SINS/GNS/DVS水下组合导航研究刘明雍1，周志远1，赵涛2(1.西北工业大学航海学院，西安710072;)（2.中国兵器工业集团第二零二研究所，咸阳712099)摘要：针对现有的水下导航系统不能全面满足AUV导航的需要，为了提高水下航行器组合导航系统长时间远航程的隐蔽性，可靠性及精度，提出了一种基于联邦滤波器的惯性导航系统、地磁导航、多普勒速度声纳的组合导航方案，并采用简化自适应卡尔曼算法对水下航行器组合导航系统进行误差估计，解决了传统卡尔曼滤波容易发散的问题。仿真结果表明，在SINS/GNS/DVS组合导航中采用该算法，提高了定位精度，保证了滤波的快速性，验证了该算法的可行性和正确性。关键词：组合导航；自适应卡尔曼滤波器；地磁导航中图分类号：U666.11文献标志码：AResearchonSINS/DNS/DVSunderwaterintegratednavigationbasedonfederalfilterLiuMing-yong1，ZhouZhi-yuan1，ZhaoTao2（1.CollegeofMarine,NorthwestPolytechnicalUniversity,ShaanxiXi’an,710072)(2.NO.202instituteofChinaordnanceindustrygroupcorporation,ShaanxiXiang-yang,712099)Abstract:ConsideringofthefactthattheexistingunderwaternavigationsystemcannotcompletelystheneedsoftheAUVnavigation.Inordertoenhancethelongrangeanddeepwaterability,reliabilityandaccuracyoftheunderwatervehiclenavigationsystem,inthispaper,weproposeafilteralgorithmbasedontheFederationofinertialnavigationsystemconsistingofDopplerspeedsonar,magneticnavigationmethod.Meanwhile,asimplifiedmethodisadoptedforadaptiveKalmanUnderwaterVehiclenavigationsystemerrorestimatestosolvethedivergenceproblemoftraditionalKalmanfilter.Thesimulationresultsshowthattheproposedmehodcanimporvethepositioningaccuracy.Moreover,thethespeedinessofthefilterisguaranteed.Inaddition,thesimulationresultsalsodemonstratetheeffectivenessandcorrectnessofthealgorithm.Keywords:Integratednavigation;AdaptiveKalmanfilter;GeomagneticNavigation0引言当前水下组合导航定位普遍采用SINS/GPS/DVL方案。由于GPS信号在水下很快衰减，故航行器需定期上爬到近水面,使GPS天线露出水面,来接收GPS的定位信息，对由陀螺罗经和多普勒速度仪组成的自主导航系统进行位置校准。然而随着水下航行器的应用范围、下潜深度不断扩展，特别是军事领域内对其隐蔽性的要求，常规组合方案越来越难以满足需求。作为无源导航技术的地磁导航为实现这一目标提供了新的技术途径。国内外的研究中对地磁导航的研究有很多成果。文献[1]将测量的地磁异常场强度序列与事先存储的地磁异常图实时进行相关匹配，确定飞机在地磁异常图上的经度和纬度；文献[2]中介绍了在对飞行弹体进行弹道控制中,利用地磁探测滚转姿态来实时获取弹体的对地方位,为弹体控制提供方位依据。但是，地磁导航在水下导航方面的应用，所做研究很少。考虑上述问题，本文提出了一种SINS/GNS（地磁）/DVS组合方案，该方法以地磁场模型解算地磁场强度的方式来得到精确位置信息,辅以精确计时进而获得速度信息；以地磁系统获取的速度、位置信息与惯导系统输出的速度、位置信息的差值作为量测值,经过卡尔曼滤波,估计导航系统的误差,作为一个子滤波器；并与另一子滤波器SINS/DVL进行信息融合，从而构成联邦滤波器。考虑到水下环境的复杂多变使导航系统特别是地磁导航系统观测噪声的统计特性无法被准确获得，采用改进的自适应滤波算法代替标准卡尔曼滤波，并加以验证。仿真结果表明，在SINS/GNS/DVS组合导航中采用该算法，提高了定位精度，保证了滤波的快速性，验证了该算法的可行性和正确性。1基于联邦滤波的SINS/DNS/DVS组合导航方案设计本文采用的基于联邦卡尔曼滤波的水下航行器SINS/GNS/DVS组合方法如图1所示。该组合方案包括三个滤波器，即主滤波器、子滤波器1和子滤波器2。其中，子滤波器1负责SINS和多普勒速度仪的信息融合，其量测信息主要是指多普勒和SINS形成的速度信息；子滤波器2负责SINS和地磁导航系统融合，其量测信息是地磁导航系统和SINS...