初级教练机中的低成本导航仪组合导航算法设计

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1、2013年9月第39卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2013V01．39No．9初级教练机中的低成本导航仪组合导航算法设计梁海波李浩司文杰吕章刚(北京航天自动控制研究所，北京100854)摘要：为了解决初级教练机低成本组合导航仪中全球定位系统(GPS，GlobalPosi-tioningSystem)信息更新频率过低，导致传统组合导航算法失效的问题，在对惯性器件进行建模的基础上，提出

2、了一种基于运动学非线性模型的组合导航算法．该算法选取载体的姿态、速度和位移量作为状态量，以GPS、磁强计和高度计的测量值作为观测量，建立组合导航系统模型，利用卡尔曼滤波对线性化后的系统模型进行数据融合．通过静态试验和动态跑车试验，表明该组合导航算法能够使姿态误差均值控制在0．12。以内，速度误差均值不大于0．03m／s，位移量误差均值不大于3．94m，精度能够满足初级教练机的应用需要．关键词：数据融合；运动学；微机电系统；卡尔曼滤波中图分类号：V249．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(20

3、13)09．1263．06Integratednavigationalgorithmforlow-costnavigatorintheprimarytrainerLiangHaiboLiHaoSiWenjieLiiZhanggang(BeijingAerospaceAutomaticControlInstitute，Beijing100854，China)Abstract：Tosolvetheinvalidationofintegratednavigationalgorithmduetolowupdat

4、ingfrequencyofglobalpositioningsystem(GPS)inthelow—costintegratednavigationsystem，anewintegratednavigational—gorithm，basedonmodelingoftheinertialdevicesandkinematicmodelingofthecarrier，waspresented．Inthisalgorithm，thenonlinearsystemmodelwasestablished．Th

5、eattitude，velocityandpositionofthecarrierwerechosentobethesystemstate，andtheoutputoftheGPS，gaussmeter，andaltimeterweredeterminedasthesystemmeasu．rement．TheKalmanfilterwasadoptedfordatafusionafterlinearizationofthesystemmodel．Thestatictestandfieldtestwere

6、implementedtovalidatewhetherthealgorithmwasuseful．Thetestresultsshowthatthealgorithmcaneffectivelyensurethattheerrormeanofattitudeissmallerthan0．12degree，theerrormeanofvelocityisnotlargerthan0．03meterspersecond，andtheerrormeanofpositionisnotlargerthan3．9

7、4meters，whichissatisfiedtherequirementoftheprimarytrainer．Keywords：datafusion；kinematics；microelectromechanicalsystem；Kalmanfilters初级教练机主要用于初学者体验飞行，并培训一些初步的驾驶技术，一般仅在机场附近执行低速短途飞行任务．惯性导航仪作为飞机飞行参数的重要测量设备，提供实时的飞行姿态、速度和位置信息‘1。．综合考虑初级教练机机载导航仪的应用场合、成本以及性能要求等因素，

8、设计并在硬件上实现了基于微机电系统(MEMS，MicroElec．troMechanicalSystem)惯性器件、磁强计、高度计和全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)的低成本组合导航仪．在以往的组合导航算法设计中，多以惯性导航系统(INS，InertialNavigationSystem)小角度误差模型为基础，以GPS定位信息作为辅助信息，建立组合导航系统模型，这种方法在较高惯性器收稿13期：2012—1