一种基于gnss通道差分的紧组合降维滤波方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法。该方法步骤如下：根据惯性导航系统的姿态误差、速度误差和位置误差，建立惯性/卫星组合导航系统的状态方程；确定每个通道的伪距差分信息和伪距率差分信息；选择第一个通道作为基准通道，将基准通道的差分信息分别与其余通道的差分信息进行差分得到通道间差分信息，将该通道间差分信息作为观测值，以此建立观测方程；根据状态方程和观测方程，进行卡尔曼滤波迭代解算，得到载体的速度、位置、姿态的误差信息并对惯性导航系统进行反馈校正，完成惯性/卫星系统组合导航。本发明方法抵消了钟差、钟漂的影响且降低了状态方程和观测方程的维数，提高了滤波实时性和导航精确性，应用前景广阔。
【专利说明】一种基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及组合导航【技术领域】，特别是一种基于GNSS (全球导航卫星系统)通道差分的紧组合降维滤波方法。
二、【背景技术】
[0002]卫星/惯性组合导航系统结合卫星导航、惯性导航的优点，具有定位精度高，稳定性强等特点，因此在军事领域被广泛应用。载体在诸如高动态飞行、接收机信号遮挡等情况下，GNSS接收机接收到卫星数目很容易少于四颗，此时松组合系统将工作在纯惯导状态，导航精度随时间下降。基于伪距、伪距率的紧组合导航系统则可以在上述情况下进行组合，有效抑制导航精度的发散，因此紧组合系统被广泛应用。
[0003]常规紧组合系统的状态变量是在松组合系统基础之上，添加伪距、伪距率误差两项，以卫星的伪距、伪距率和载体相对导航卫星的伪距、伪距率之差作为观测变量。若出现GNSS时钟异常或组合滤波相关时钟误差跳变等情况，则伪距、伪距率误差出现异常，常规紧组合系统将异常的误差量引入到回路中，从而导致导航精度下降；同时，在有效可见卫星大于四颗的情况下，常规紧组合导航系统一般采用17维状态变量，8维观测变量的卡尔曼滤波模型，滤波耗时和173+8X 172成正比，耗时较大。
三、
【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供一种实时性好、精度高的基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，以削弱时钟异常对系统的影响并提高组合滤波的实时性。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1，根据惯性导航系统的姿态误差、速度误差和位置误差，建立惯性/卫星组合导航系统的状态方程；
[0007]步骤2，确定每个GNSS通道的伪距差分信息和伪距率差分信息；
[0008]步骤3，选择第一个GNSS通道作为基准通道，将基准通道的差分信息分别与其余通道的差分信息进行差分得到通道间差分信息，将该通道间差分信息作为观测值，以此建立惯性/卫星组合导航系统观测方程；
[0009]步骤4，根据步骤I所得的状态方程和步骤3所得的观测方程，进行卡尔曼滤波迭代解算，得到载体的速度、位置、姿态的误差信息；
[0010]步骤5，利用载体的速度、位置、姿态误差信息对惯性导航系统进行反馈校正，完成惯性/卫星系统组合导航。
[0011]本发明与现有技术相比，其显著优点是:(I)双通道降维滤波器未将伪距、伪距率误差考虑在状态变量中，同时在量测方程中将双通道的伪距、伪距率差作为量测量，抵消了钟差、钟漂等的影响，精度高；(2)双通道降维滤波器降低了状态方程和观测方程的维数，降低了组合滤波器的运算复杂度，因此具有更高的滤波实时性。四、【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是本发明基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法的流程图。
[0013]图2是实施例1中降维滤波仿真试验载体飞行轨迹图。
[0014]图3是实施例1中降维滤波仿真试验伪距、伪距率误差。
[0015]图4是实施例1中降维滤波仿真试验和传统紧组合系统导航结果对比图。
五、【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017]结合图1，本发明基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，步骤如下:
[0018]步骤1，根据惯性导航系统的姿态误差、速度误差和位置误差，建立惯性/卫星组合导航系统的状态方程，具体如下:
[0019](1.1)惯性导航系统的姿态、速度、位置误差方程如下:
[0020]
【权利要求】
1.一种基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，根据惯性导航系统的姿态误差、速度误差和位置误差，建立惯性/卫星组合导航系统的状态方程； 步骤2，确定每个GNSS通道的伪距差分信息和伪距率差分信息； 步骤3，选择第一个GNSS通道作为基准通道，将基准通道的差分信息分别与其余通道的差分信息进行差分得到通道间差分信息，将该通道间差分信息作为观测值，以此建立惯性/卫星组合导航系统观测方程； 步骤4，根据步骤1所得的状态方程和步骤3所得的观测方程，进行卡尔曼滤波迭代解算，得到载体的速度、位置、姿态的误差信息； 步骤5，利用载体的速度、位置、姿态误差信息对惯性导航系统进行反馈校正，完成惯性/卫星系统组合导航。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，其特征在于，步骤I中所述建立惯性/卫星组合导航系统的状态方程，具体如下: (1.1)惯性导航系统的姿态、速度、位置误差方程如下:
3.根据权利要求1所述的基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，其特征在于，步骤2中所述确定每个GNSS通道的伪距差分信息和伪距率差分信息，具体步骤如下:(2.1)根据GNSS通道星历信息，选择导航卫星并确定导航卫星的伪距P w、伪距率/?信息，导航卫星的伪距P GJ公式如下:
P Gj = rj- δ tu-vPJ 其中，S tu为钟差引起的距离误差，Vpj为伪距测量白噪声，rj为载体到第j颗卫星Sj的真实无差距离，公式如下:
4.根据权利要求1所述的基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，其特征在于，步骤3中所述建立惯性/卫星组合导航系统观测方程的具体步骤如下: (3.1)导航系统观测方程如下:
5.根据权利要求1所述的基于GNSS通道差分的紧组合降维滤波方法，其特征在于，步骤4中所述进行卡尔曼滤波迭代解算，首先将步骤I所得的状态方程和步骤3所得的观测方程离散化表示为:
【文档编号】G01S19/47GK103792561SQ201410060305
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】陈帅, 常耀伟, 王磊杰, 金磊, 钟润伍, 余威, 朱闪 申请人:南京理工大学