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(多图) 双天线GPS/SINS组合导航系统设计

/?? 2014年06月26日 ?? 收藏0

组合导航系统算法

(1)组合导航的状态方程

目前,GPS/SINS组合导航方式主要分为松散组合和紧密组合。而松散组合大多采用位置、速度组合模式,而本文中加入双天线GPS姿态角作为量测量进而实现全组合方式。其状态方程如公式(1)所示:

其中F(t)是18*18阶的状态转移矩阵;W(t)为18维的状态噪声向量;下列各式给出了状态方程的系统噪声性质:

系统状态X(t)选取为:

其中δL、δλ、δH为经度、纬度、高度误差,δVe、δVn、δVu分别为

东北天三个方向上的速度误差,Φe、Φn、Φu为平台误差角,εbx、εby、εbz,εrx、εry、εrz,Δax、Δay、Δaz分别为陀螺常值漂移,相关漂移与加速度计的零偏。

而其中失准角误差方程为:

速度误差方程为:

位置误差方程为:

(2)组合导航系统的量测方程

由于系统将定向GPS给出的数据作为修正数据,系统量测值在位置和速度值的基础上加入了姿态信息。位置量测值为惯导系统与GPS给出的纬度、经度和高度差,相应的速度量测值为惯导系统与GPS给出的在惯性系统中各坐标下的差值,而惯导系统与双天线GPS给出的姿态差值作为第三组量测值。

惯导系统与GPS位置量测信息在地理坐标系以真值和误差表示如下:

式中L、λ、h表示运载体真实位置,Ne、Nn、NH为GPS东北天方向位置误差。

位置量测方程如下:

与位置量测方程形式相似,速度量测方程表示如下:

下式为姿态量测方程:

将(2)(3)(4)式组合后可以得到整个系统的量测方程如下

本文采用卡尔曼滤波算法对GPS,IMU数据进行融合。将式(1)(8)离散化后方程为:

一步预测状态方程为:

状态估计方程为:

滤波增益为:

计算得到一步预测均方差:

则均方差误差估计:


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GPS? 捷联式惯性导航? DSP? FPGA?

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