卡爾曼濾波在GPS/SINS船舶組合導(dǎo)航中的應(yīng)用

閻羨功

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 南京211170)

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)、傳感和信息技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展給船舶導(dǎo)航技術(shù)中的導(dǎo)航精度的提高帶來(lái)了新的開發(fā)途徑［1-2］。目前，在船舶導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System，GPS)［3］和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)［4-5］。前人的研究結(jié)果表明，GPS 和SINS 導(dǎo)航方式具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)。GPS 雖然定位精度較高，但因地域因素在地面信號(hào)的連續(xù)性較差，抗干擾性能差、易中斷。SINS 采用主動(dòng)導(dǎo)航方式，抗干擾能力強(qiáng)，雖然精度也比較高單因其數(shù)據(jù)傳輸方式等因素存在數(shù)據(jù)的累積誤差。因此，組合GPS/ SINS 組合導(dǎo)航技術(shù)［6-7］應(yīng)運(yùn)而生并在這幾年得到了快速發(fā)展?？柭鼮V波［8-9］方法出現(xiàn)的初衷是為了解決維納濾波方式的不足，現(xiàn)已發(fā)展成為一種典型的軟件濾波技術(shù)，其濾波的基本策略如下:以數(shù)據(jù)方差的最小值為準(zhǔn)則，有效利用相鄰2 個(gè)時(shí)刻的估計(jì)值和測(cè)量值來(lái)優(yōu)化對(duì)實(shí)際狀態(tài)的估計(jì)?？柭鼮V波技術(shù)已經(jīng)在船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中取得了初步應(yīng)用，但海洋環(huán)境變化異常，目前還沒有一套較為完整的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)GPS/ SINS 組合導(dǎo)航中的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的處理。本文首先對(duì)卡爾曼方法的基本原理進(jìn)行深入探討，分析了船舶導(dǎo)航的特點(diǎn)探索基于卡爾曼濾波的GPS/SINS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。

1 GPS/SINS 船舶組合導(dǎo)航系統(tǒng)模型

GPS 和SINS 組合導(dǎo)航能夠充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，有利于實(shí)現(xiàn)測(cè)量誤差低、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)頻率范圍廣的導(dǎo)航效果?！?br>