基于GPS的动态目标定位滤波方法概要VIP专享VIP免费

基于GPS的动态目标定位滤波方法摘要:现代车辆导航一般采用GPS单板定位方法,但是GPS卫星信号容易受到大气电离层和地面建筑等的干扰,从而影响定位精度和跟踪性能。为了解决上述问题,本文结合实际,设计了一种简单实用的GPS定位滤波方法,根据车辆等载体的运动特性建立GPS单板定位导航系统的系统模型和观测方程,并推导了卡尔曼滤波算法。仿真分析表明,该方法算法简单,能够在不增加额外的硬件系统前提下,具有较高定位精度,良好的跟踪性能,在汽车导航应用中具有较高的实用价值。关键字:GPS动态滤波;卡尔曼滤波;机动目标“当前”模型。中国分类号:TP391.9文献标识码:AGPS-baseddynamictargetlocatingfilteringmethodZHANGKunGAOTian-de(SchoolofMarineEngineeringNorthwesternPolytechnicalUniversity,XianShanxi710072.ChinaAbstract:GPSpositioningboardisusedformodernvehiclenavigationsystem,however,thesatellitesignaliseasilyinterferedbytheionosphereandbuildings,thusaffectingthepositioningaccuracyandtrackingperformance.Inordertosolvetheproblem,wedesignedasimpleandpracticalGPSlocatingfilteringmethod.WeestablishedthesystemmodelandobservationequationforGPSnavigationsystem,accordingtomotionfeaturesofvehicle,anddeducedtheKalmanfilteringalgorithm.Thesimulationanalysisshowsthatthismethodhasasimplealgorithm,andcanimprovethepositioningaccuracyandtrackingperformancewithoutrequiringadditionalhardwareandhashigherpracticalvalue.Keywords:GPSdynamicfiltering,Kalmanfiltering,maneuveringtarget“current”model1.引言GPS系统是美国上世纪90年代建立的高精度卫星定位系统。能够提供全天候的实时定位、测速、授时服务[1],在导航领域有着广泛的应用。GPS信号容易受到外界的干扰从而影响定位精度和测速精度,其误差[2][3]主要来自于星历误差、卫星中差、大气电离层延迟、对流层延迟、多径效应、天线位置以及接收机软件和硬件造成的误差。目前,主要有两种方式用来提高GPS定位精度。一是采用差分GPS的方式(DGPS,可以有效地减小误差。二是采用卡尔曼滤波。卡尔曼滤波是一种时域滤波方法,采用状态空间方法描述系统,算法采用递推形式[4]。可以不断的预测、修正递推过程。采用卡尔曼滤波对定位信息进行处理时,必须建立精确的系统模型,明确随机干扰的统计模型,以保证滤波的精度和跟踪性能。一般采用GPS和航位推算法相结合[5][6]的方式(GPS/DR进行动态滤波处理。本文考虑到采用GPS/DR方式时需要额外DR传感器,而一般的普通车辆不具备这一条件。因此,结合实际设计了一种简单的只利用GPS信息的动态卡尔曼滤波算法。本文根据车辆等载体的运动特性,建立了系统模型,并描述了算法的递推过程。仿真分析表明,该方法在不增加额外的硬件系统的前提下,仍有较高的精度,算法简单,具有较高的实用价值。2.动态滤波模型对导航系统进行卡尔曼滤波需要建立精确地系统模型,即车辆等载体的运动规模型。模型描述的越精确,滤波效果越好,因此采用采用的模型是否合适将直接影响滤波的效果。载体的运动模型一般是按照牛顿运动定律描述载体的运动规律。目前,有多种成熟的运动模型[7]。如:CV和CA模型、singer模型、半马尔科夫模型、机动目标“当前”模型、二维转弯运动模型等等。实践表明,机动目标“当前”模型采用非零均值和修正瑞利分布表示机动加速度特性,下一时刻的加速度只能在当前加速度的领域内,比较符合实际。2.1.状态方程为了确定载体的位置以及速度等信息,选取状态变量为:[,,,,,]TeeennnXxvaxva=(1分别表示东向和北向的坐标、速度和加速度。机动目标“当前”模型中载体以某一加速度机动时,载体加速度采用非零均值时间相关模型[4][8]。即:1(((attat=+(21(((atatWtτ=-+(3式中,1(at(t是加速度当前均值,(at是零均值的有色加速度噪声,τ是机动加速度变化率的相关时间常数由(2式、(3式可得11((((atatatwtτ==-+11[((](attWtτ=--+111(((attWtττ=-++(4再根据牛顿运动定律,可以得到载体的连续运动状态方程(((XtAXtUWt=++(5(5式中010000001000001/0000000100000010001/enaaAττ??????...