GPS/INS集成技術對汽車導航系統精度的影響

GPS/INS集成技術對汽車導航系統精度的影響

大多數陸地導航技術采用基于位置的通信服務系統，該系統的精度依賴于全球定位系統（GPS）和全球衛星導航系統（GNSS）。GNSS接收器需要在適宜的工作條件下才能提供有效精確的導航信息，如果其在惡劣環境下工作（如城市街谷區域、室內停車場等），則由于受視距（LOS）傳播的影響，GNSS的效率會大大降低，導航精度也會隨之大幅度降低，甚至出現導航失靈。研究發現，將低成本的基于慣性測量單元（IMUs）的微電子機械系統（INS）和GPS數據相融合，可以長時間獲得具有較高精度的導航效果，與GPS和INS單獨工作相比，GPS/INS集成系統更具有優越性。傳統的擴展卡爾曼濾波（EKF）方法可以實現二者的融合，但是由于EKF自身的建模誤差導致的協方差發散問題限制了EKF的使用范圍。

提出了一種GPS/INS集成模型，該模型采用模糊推理系統（FIS）實現EKF參數的自動調節功能，并運用混合的FIS-EKF模型來開發一種低成本、低運行功率的GNS/INS集成導航系統，為車輛提供在復雜行駛工況下的導航。集成INS和GPS系統有三大模塊，分別為GPS獨立模塊、INS獨立模塊和GPS/INS耦合模塊。采用EKF方法進行GPS和INS的融合，并且估計某些系統偏差參數值，要求估計的參數值和INS模塊計算的位置、速度和狀態的偏差值相一致。EKF方法要實現上述功能，需要預測系統模型，并更新系統模型參數值。FIS利用協方差匹配估計技術（COMET）來預測EKF方法的偏差狀態，采用Mamdani類型的模糊算法來設計GPS/INS集成模型的模糊部分。

對所提出的GPS/INS集成模型的性能進行驗證，并且與傳統GPS/INS集成模型獲得的數據進行對比。選取東西方向和南北方向的二維空間來獲取導航數據。試驗結果表明：①相比傳統的EKF模型，所提出的FIS-EKF模型獲取的東西方向和南北方向的位置誤差分別減少了48.48%和49.72%；②同時，在東西方向和南北方向的速度導航性能上分別提高了51.56%和49.02%。

Néda Navidi et al.International Conference on Unmanned Aerial Vehicles in Geomatics,Toronto, Canada, 30 Aug-02 Sep 2015.

編譯：韓小健