聯(lián)邦卡爾曼濾波器在容錯性組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文提出了基于無復(fù)位聯(lián)邦卡爾曼濾波的信息融合算法，建立了慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明，該算法具有較強(qiáng)的容錯性。
關(guān)鍵詞：聯(lián)邦濾波；組合導(dǎo)航；容錯慣性導(dǎo)航（INS，Inertial Navigation System）是二十世紀(jì)初發(fā)展起來的，它具有自主導(dǎo)航能力，不需要任何外界電磁信號就可給出載體的姿態(tài)、速度和位置信息，抗外界干擾強(qiáng)，在初始條件正確的情況下，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的短期精度高。因此慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一般作為主要導(dǎo)航設(shè)備。但是，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)存在導(dǎo)航誤差隨時(shí)間積累的問題，這是慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。全球定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System）是當(dāng)前最先進(jìn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它的定位精度極高，也可給出位置信號和速度信號。但GPS有以下缺點(diǎn)[1]：動態(tài)環(huán)境中可靠性差；非自主性；數(shù)據(jù)輸出頻率低等。天文導(dǎo)航系統(tǒng)[2]（CNS, Celestial Navigation System）是利用天空中的恒星作為導(dǎo)航信息源，能提供不隨時(shí)間漂移的位置和航向等輔助信息的導(dǎo)航系統(tǒng)，它的隱蔽性好、自主性強(qiáng)、定位定向精度高，但易受氣候條件的限制，數(shù)據(jù)輸出頻率低。如果將INS、GPS、CNS導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行組合便可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，克服各自的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在高動態(tài)和強(qiáng)電子干擾環(huán)境下實(shí)時(shí)高精度的導(dǎo)航定位，而且可以克服美國GPS政策的限制，在航空、航天導(dǎo)航和武器制導(dǎo)等方面應(yīng)用非常廣泛。
如何將不同傳感器的信息進(jìn)行融合是組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)之一，卡爾曼濾波是目前應(yīng)用較多的信息融合算法，而聯(lián)邦濾波器又以算法簡單和容錯性好而受到了普遍的重視。