非线性滤波及其在GPS航姿系统中的应用

第1锩第数据采集与处理V5Na3非线性滤波及其在，8航姿系统中的应用范胜林段志勇袁信胡国辉南足航空航天大学自动控制系南京，210016量噪声较大的接收机或模糊度只有浮点解的情况来说，3滤波技术是确定模糊度的有效方法之，但其滤波品要较长的时间。为了加快滤波的收敛速度，缩短；航姿系统的初始化过程，文中提出了基于基线长度约束的非线性3滤波方法，并通过实验研究结果证明，该文方法是确实可行的。

收稿日期1999491；修改稿收到日期1999248从80年代末开始，利用8测飞机的航向和姿态成为，3的又应用领域1989年札1进行了第个利用3载波相位差分测量的非实时飞机航向和俯仰的试验，基线长为23，航向和俯仰的误差低于0057在1；1大学和人8公司合作下1991年进行了这种试飞博±等在个双引擎螺旋浆飞机上试飞了，3航向姿态系统，动态飞行情况下和同机的惯性导航系统航姿精度为，5，3相比较，其航姿精度优于01.试验中所选的条基线长度分别为8和并且考虑了机体的弹性变形3与惯性导航系统相比，3航向姿态系统成本低。体积小。重量轻功耗少；但数据率低，可靠性受飞机机动影响，而且不是完全自主式的航姿系统但作为种航向姿态传感器无疑给导航增加了种新态或民用场合；它的快速性可辅助惯性导航系统进行初始对准，它的高精度还可用于机体弹性变形量对低成本，3航姿测量进行了实验研宄，基于基线长度己知这约束条仲。采非线件滤波对01；1.1柯人线米集的数据进行了处理，并给出了实验结果和分析。

101载波相位姿态测量原理浅称为难线1.记为，为基线中点指向；5上砧，的单位矢量因为基线长度远小于200001的距；5星距离。所以山天线4指向；卫星的单位矢量和由天线指向，3卫星的单位矢量可看做扣13都于，同样由于基线长度远小于天线和，3卫星间其中，为载波相位双差测量为载波波长；况为载波相位双差模糊度；4的为载波相位双差测量噪声。

对财颗可星，式2可写成矩阵形式波相位双差测量噪声，设，线矢量在机体系的位。为心=陀以仍。在地。系的位置为=此，上。则两者的关系为若选取条互相独立的基线尺尺则姿态矩阵0；由下式可得天线构成的姿态系统来说，第个基线矢量可由前两个基线矢量的叉乘获得，也可直接由基于元数2应用非线性卡尔曼滤波解算基线对于式3的测量方程，基线和模糊度的解IlJtlll，WR，+W其中评是小的正数，即基线长度的容许误差。条件2反映的是基线的长度约束由于用于构成航姿系统的此。，1基于整数模糊度的快速算法不能使用，本文把基线矢1；和模糊度作为状量则应用，1滤波4凇进忏沾计，*终能满足上述两个条件。首先建立如下的状态方程，寒3其中是取决于载体动态情况的时间常数，是可卫星数结合式3的测量方程，即可对状态进行估计，但由于系统的可观性较弱，所以滤波的收敛时间较长即3航姿系统的初始化时间较长本文在考虑条件2中基线长度已知这条件，为加快滤波的收敛速度，提出了基于基线长度约束的非线性量把上式按状态的*优估值进行线性化，l2=其中为1线长度*优占值，+.2，此射为基线各分量的*优估值；如果把式8看作测量方程的部分，则条件2预先知道状态的*优估值。将改用与其十分中1近的33滤波预测估值1+1.1.由于两。片的差别足够小，式8的阶泰勒近似满足要农状态量进行估计，个实验过程中天线支架处于静态；数据2的采集时间是1998年4月17日晚上，观测期间共观测到6颗卫星1324，龙27，数据采集的频率也是13实验过程中天线支架放置在低精度轴转台上，且在实验开始后的第1380，航向转台的航向变化了。

长度约束，对数据1进行处理所得到的航向角误差；滤波所得到的航向角误差比较可以看出，本文所述可达到收敛波对数据2进行处理的结果，其中航向角和俯仰角3实验结果与分析实验采用台，6的0，1板做天线全姿态测量，基线长度分别为541544540，基线在机体坐标系的矢量是利用3载波相位静态多次测量而标定的。实验是在南京航空航天大学15号楼楼顶某已知点进行的。数据1的采集时间是1998年4月17日下午，观测期间内共观测到6颗卫在13808处对应于转台的转动有跳变，横滚角的跳变不明显从可知，航向角的收敛速度较快，在7，8后精度优于，2，俯仰角与横滚角在15后精度可达到1综上所述本文所提出的非线性㈠如滤波方法有效地加快了滤波收敛速度，为应用滤波方法快速解算航姿作了初步探讨，4段志勇，袁信。基于元数方法的1航姿解算。南京航空航天大学学报，19舛315492496第作者简介范胜林男，讲师，1967年8月生。发过捷联系统陀螺静态漂移参数标定中国惯性技术学报，数据采集与处理已加入北极星，网站适应我口化建设需要，不断扩大作者学术交流取道，经研宄，数据采集与处理和北京光宇华以科技，限贵住公司北极网站达成协议从2，年起，数据采集与处理杂土所文十义在北极星网站1冲界界界，1.，1发如作者不同意文章作该网站发布，请在来稿时声明，本刊将作适当处理似及卞，是针付电办电信部门提供服务的专业技术网站她采⑴先进的国，化的网络管理与运作模式，利用1；1；1之交互性实时性参与性虚拟性全球性及个性化的特点，为行业之间提供个超越时空限制的虚拟化电子空间，便于专业技术人员检索与交流我们相信，本刊加入北极星，网站后，将会扩大数据采集与处理杂志影响，所刊登的论文将会得到广泛交流，对加快科技成果转化，加速祖国现代化建设起到促进作甩数据采集与处理编辑部