基于自适应Kalman滤波的GPS导航方法

作者:朱荣华;杨德林;李林美;蒋体浩;张兴宇 刊名:《电子技术与软件工程》 上传者:冯金辉

【摘要】本文针对现在应用的GPS导航定位方法精度还有待提高的不足,提出了基于自适应Kalman滤波的GPS导航方法研究。经过仿真实验证明,其大大提高了导航精度,可以满足实际导航定位的需要。

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电子技术 • Electronic Technology 92 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】导航 GPS Kalman 滤波 1 引言 导航是获取载体运动参数(载体的即时姿态、速度和位置)的技术或方法。导航是现在很多系统诸如无人机、无人驾驶等的关键。有了导航系统,就可以获取导航参数,进行导航定位,然后,就可以进行控制,进行制导。 2 GPS导航原理 基于 GPS 定位导航已经应用到诸如车载导航,船舶导航定位,自主农业收割。GPS 全系统由空间卫星星座、地面监控系统、用户接收设备组成。GPS 的空间部分由 21 颗卫星和3 颗备用卫星组成,这样可以使地球上任何地点、任何时刻都能接收至少 4 颗卫星的信号。 GPS 就是利用空间可观测的 4 颗卫星的位置数据,然后再利用卫星到接收用户间的伪距计算绝对位置。GPS 导航定位系统稳定性好,精度高,但是它也含有误差和大气传播误差。 3 基于自适应Kalman滤波的GPS导航方法 实际信号中均含有噪声,这会影响测量,需要过滤。当前线性系统的模型可以假设为: (1)zk=Hk·xk+vk (2) Kalman 滤波需要对当前时刻信号作出最优估计,即使得估计值与实际值间的均方误差达到最小。它的时间更新方程如下: (3) (4) 其量测更新方程为: (5) (6) (7) 滤波过程主要分两个阶段:时间更新阶段和量测修正阶段。前者利用系统初始值估计系统状态和协方差;后者在前者的基础上,即利用先验的系统状态和协方差以及新得到的量 基于自适应 Kalman 滤波的 GPS 导航方法文/朱荣华 杨德林 李林美 蒋体浩 本文针对现在应用的GPS导航定位方法精度还有待提高的不足,提出了基于自适应 Kalman 滤波的GPS导航方法研究。经过仿真实验证明,其大大提高了导航精度,可以满足实际导航定位的需要。 摘 要 测值来计算 Kalman 增益以及估计后验值。 状态数据是可以观测的,所以可以不断地得到新的估计值与实际值,使 Kalman 滤波的估计值与实际值间的均方误差达到最小。采用自适应 Kalman 滤波的方法(图 1),即判断系统状态和估计值间的差值,不断根据噪声统计来调整模型参数,可以更加减小均方误差,既做到系统辨识,又做到滤波估计,并且能动态调整。 4 仿真实验 用基于自适应 Kalman 滤波的 GPS 导航方法进行仿真实验,其仿真实验的导航轨迹见图2,由图中可看出,导航的精度误差由 10 米级以上降到基本在 5 米以内,仿真实验证明了基于自适应 Kalman 滤波的 GPS 导航方法是有效的,可以大大提高导航与定位精度。 5 结论 本文引入自适应Kalman 滤波的GPS 导航方法对信号进行处理,可以大大提高精度,满足实际导航定位的需要。 (通讯作者:张兴宇) 参考文献 [1] 王新龙 , 李亚峰 , 记新春 .SIN/GPS 组合导航技术[M].北京航空航天大学出版社 ,2015(01). [2]周瑞华,高意峰.车载GPS/DR组合导航及地图匹配修正技术研究 [J]. 现代计算机 ,2018(05). [3] 蔡 亚 军 , 万 隆 君 . 浅 析 GPS 技 术 在船 舶 定 位 中 的 应 用 [J]. 信 息 记 录 材料 ,2018(05). [4] 詹新生 , 孙承庭 . 基于智能技术的联合收割机多功能智能终端的设计 [J]. 农机化研究 ,2018(03). 作者简介 朱荣华(1968-),男,云南省祥云县

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