68直升机机载组合导航的滤波算法研究-王萍(6).doc

第二十八届(2012)全国直升机年会论文直升机机载组合导航的滤波算法研究王萍1单超1勾凯1杨婵2(,北京,中国,101123;,新疆乌鲁木齐,831300)摘要:本文总结了直升机机载组合导航系统常用的滤波算法,指出了现阶段工程中的卡尔曼滤波及扩展卡尔曼滤波无法真正满足直升机机载组合导航系统的实际应用要求;然后,介绍近20年来组合导航滤波算法所取得的成果,且阐述了它们的优缺点及在组合导航系统中的应用情况;接着分析了现阶段组合导航系统中滤波算法的新发展,最后对组合导航系统滤波算法进行展望,指明其进一步的可能研究方向。关键词:组合导航系统;滤波算法;卡尔曼滤波;神经网络;交互式多模型;融合滤波算法1引言在现役直升机机载导航系统中,由于历史和实际需求因素,常常在直升机上装有多种不同的导航设备,常用的导航系统主要有:无线电罗盘;无线电高度表;捷联惯导系统(INS);多普勒导航雷达;GNSS接收机;气象雷达等。直升机机载导航系统的一个主要发展方向就是将现有的这些导航系统中的某几种或全部组合起来,形成一个有机的导航统一体,以取长补短,完善导航性能[1]。组合导航系统实现的关键是数据融合技术,特别是各种滤波算法的出现,为组合导航系统提供了理论基础和数学工具。应用滤波算法设计组合导航系统的基本原理是:首先建立组合导航系统的状态方程和测量方程;然后采用相应的滤波算法对系统状态进行最优估计,以去除噪声的干扰,得到尽量准确的状态估计值;最后利用这些状态估计值去修正系统的导航误差,进而获得准确的导航参数信息,达到提高导航精度的目的。将不同系统组合起来的关键技术之一就是如何将来自各导航系统的数据进行融合,换言之就是对来自各分系统的导航信息进行信息预处理和对预处理后的数据进行状态最优估计,也就是滤波。本文将总结并探讨直升机机载组合导航中滤波算法的发展与研究方向。2组合导航系统组合导航系统是把两种或两种以上不同的导航设备或系统以适当的方式组合在一起的导航系统。组合导航系统利用不同导航系统性能上的互补性以获得更好的导航性能,以及更低的系统成本。直升机机载组合导航常用的组合方式有,GPS/INS组合导航系统、地形辅助/惯性导航系统、天文/惯性组合导航系统、多普勒/惯性组合导航系统等等。组合导航系统能够克服单个导航系统的不足,提高整个导航系统的导航精度、实时性、提高抗干扰的能力、降低整个系统的造价。所以组合导航系统是导航技术发展的主要方向。组合导航系统一般由各种传感器、处理器、接口设备和一些外部设备组成,如图1所示。图1组合导航系统组成框图3卡尔曼滤波算法及其改进卡尔曼滤波(KalmanFilter)是上世纪60年代提出的一种新的滤波理论。卡尔曼滤波器是一种基于最小方差的估计方法。假定系统的状态方程和测量方程如下:(1)其中随机变量、是系统激励噪声和测量噪声,彼此是相互独立的高斯白噪声。,只要给定初始值,和,结合此时刻的测量值式(1),就可以递推计算出此时刻的状态估计。.因为卡尔曼滤波能够处理多维和非平稳的随机过程,因此它是组合导航中最常用的最优滤波工具,但是在组合导航系统中有一些应用的局限性:首先,由于卡尔曼滤波的运算时间与系统阶次n的3次方成正比,所以当系统阶次较高时,滤