機載武器SINS/BDS組合導航自適應濾波算法研究

程海彬

摘要： 對適用于機載武器的組合導航算法展開研究， 給出了SINS/BDS組合導航狀態方程， 推導了以偽距、 偽距率作為觀測量的觀測方程。 針對傳統卡爾曼濾波算法在測量噪聲不確定的情況下使用存在缺陷的問題， 研究了新的噪聲自適應調整濾波與殘差故障檢測算法。 對新算法進行了軟件設計， 并開展了軟件仿真與產品車載試驗。 試驗結果表明， 所設計的算法能有效增強系統魯棒性、 提高濾波算法精度， 有效隔離故障衛星數據， 能保證被測導航產品的高精度、 穩定、 可靠輸出。

關鍵詞： 組合導航； 自適應濾波； 故障檢測； 車載試驗

中圖分類號： TJ765； V249.32+8文獻標識碼： A文章編號： 1673-5048（2017）01-0028-05[SQ0]

0引言

武器系統對機載武器作戰能力的要求越來越高， 如要求具備打擊300 km以外目標的能力等， 在這樣的射程下， 機載武器已不能單純依靠慣性導航， 需要引入組合導航系統。 隨著國內自主北斗衛星導航

系統（BDS）開始提供區域定位服務， 在武器系統中采用SINS/BDS組合導航系統來提高武器導航精度， 以達到武器系統的要求， 已成為一種必然選擇。

1慣導誤差方程

3狀態方程

選擇11維的狀態變量， 包括三個速度誤差、 三個失準角、 三個位置誤差、 接收機鐘差、 鐘漂。

狀態變量：

X（t）=[dVxdVydVzψxψyψzdRxdRydRzdtrdtv]T（6）

狀態方程為

X·（t）=F（t）X（t）+G（t）W（t）（7）

4觀測方程

觀測方程的推導過程在CGCS2000坐標系下進行。

4.1偽距觀測方程

航空兵器2017年第1期

程海彬， 等： 機載武器SINS/BDS組合導航自適應濾波算法研究

假定xeIyeIzeI為經過換算的慣導在CGCS2000中的輸出； xeByeBzeB為BDS在CGCS2000坐標系下的位置輸出； xisy

（1） 滾動角對準殘差得到有效估計， 漂移得到有效抑制， 姿態誤差保持在0.2°以內；

（2） 由于車輛動態差， 航向誤差無法得到有效估計， 組合導航保持了純慣性輸出結果；

（3） 組合導航結果有效地鉗制了俯仰角姿態漂移， 偏差維持在0.1°附近。

通過半實物仿真可見組合導航算法工作狀態良好， 組合導航結果維持了高精度、 穩定輸出。

7結論

對SINS/BDS組合導航算法進行了詳細推導。 在濾波算法上， 設計了一套系統噪聲與觀測噪聲在線實時調整的自適應濾波算法， 使得算法精度得到進一步提高。 采用了殘差χ2的故障檢測技術， 有效提高了組合導航系統可靠性。 對所設計的算法進行了軟件仿真與全狀態的車載試驗驗證， 從試驗結果可以看出所設計的算法可行， 工作可靠， 已具備工程應用條件。

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