試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) - CDKF、UKF和EKF濾波算法在GPS系統(tǒng)中的應(yīng)用比較

　　3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　為了驗(yàn)證本文所述新的卡爾曼濾波器的有效性和優(yōu)越性，使用兩個精度相差一個數(shù)量級的GPS接收平臺，高精度的GPS接收平臺使用精度較高的接收機(jī)及DGPS方法，接收到的高精度動態(tài)定位數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)真實(shí)值。低精度的GPS接收平臺選用精度與前者相差一個數(shù)量級的接收機(jī)及單機(jī)GPS方法，接收到的低精度動態(tài)定位數(shù)據(jù)作為卡爾曼濾波器的濾波對象，用濾波以后的狀態(tài)估計(jì)值與系統(tǒng)狀態(tài)真實(shí)值進(jìn)行比較，來衡量濾波的效果。

　　3.1 試驗(yàn)平臺及軟件

　　在這里高精度的GPS接收平臺選用CMC公司AllStar Base GPS板和MDS公司MDS OEM Series TM電臺作為基準(zhǔn)站，移動站選用CMC公司SuperStar GPS板和MDS公司MDS OEM Series TM電臺，能使定位精度保持在2m左右。低精度的GPS接收平臺選用GARMIN公司出品的OEM板GPS35LP（GPS35-HVS）。作者于2008年2月將DGPS的基準(zhǔn)站設(shè)在江蘇大學(xué)電氣大樓，DGPS的移動站和單機(jī)GPS接收機(jī)置于車內(nèi)，于江蘇大學(xué)校門口學(xué)府路段做勻速運(yùn)動，使用starview monitor和u-center 4.01在上位機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步接收。試驗(yàn)設(shè)備如圖1、圖2所示。

　　圖1 DGPS的基準(zhǔn)站

　　圖2 DGPS的移動站和單機(jī)GPS

　　3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　試驗(yàn)接收的到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：見表1。

　　表1 接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)

　　將新的CDKF濾波算法應(yīng)用到GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)中。分別采用EKF，UKF和CDKF三種濾波算法分別對實(shí)驗(yàn)獲得的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。為了更直觀地表現(xiàn)三種濾波算法的效果，分別將三種濾波方法的誤差均值列于表2。

　　從濾波曲線圖3和圖4可以看出：采用CDKF和UKF濾波的東北向位置誤差都控制在10米以內(nèi)，而采用EKF的位置誤差比較大；從表2也可以得出，對于經(jīng)緯度誤差均值和東北向速度誤差來說，CDKF和UKF兩種算法也明顯優(yōu)于EKF，可見，CDKF濾波的定位精度和可靠性都大大高于了EKF，但是UKF的計(jì)算量相對EKF略有增加，而由于CDKF相對UKF的計(jì)算參數(shù)減少，因此逼近速度相對提高，使得計(jì)算量也有所減少。

　　表2 三種濾波算法的誤差比較

　　4 結(jié)論

　　本文闡述了一種新的濾波算法-中心差分卡爾曼濾波，并將其應(yīng)用到GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，分析了其在濾波方法和計(jì)算過程中的明顯優(yōu)勢，通過多次實(shí)驗(yàn)、參數(shù)調(diào)試得出EKF、UKF和CDKF三種濾波的實(shí)驗(yàn)對比，無論是在定位精度、速度方面還是計(jì)算量上，CDKF都優(yōu)于前兩者，并且其實(shí)現(xiàn)方法相對簡單，應(yīng)用范圍更為廣泛，是動態(tài)系統(tǒng)一種有效的狀態(tài)估計(jì)算法。

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