基于期望模式修正的交互式多模型组合导航算法_王磊.pdf

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1、第２２卷第３期光学精密工程Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．３２０１４年３月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｒ．２０１４文章编号１００４－９２４Ｘ（２０１４）０３－０７３７－０８基于期望模式修正的交互式多模型组合导航算法王磊１，２，程向红１，２＊（１．东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京２１００９６２．东南大学微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，江苏南京２１００９６）摘要：针对复杂环境下自主水下航行器（ＡＵＶ）组合导航系统中存在的模型不完全确定或者模型参数发生变化的情况，提出一种基

2、于期望模式修正的交互式多模型（ＥＭＡ－ＩＭＭ）滤波算法。该算法利用滤波估计过程中所得到的模型概率完成决策。首先对固定结构的基础网格进行滤波，得到细化的修正模型集，接着对修正模型集进行滤波，得到与真实模型最为邻近的若干个修正模型网格共同构成的期望模型集，然后将系统真实的模型覆盖在精简的期望模型集范围之中，最后通过对期望模型集滤波，得到接近真实模型状态变量的估计结果。在ＡＵＶ组合导航系统中的仿真结果表明，相对于传统Ｋａｌｍａｎ滤波算法，改进的ＥＭＡ－ＩＭＭ使ＡＵＶ的经度估计精度提高了９７％，纬度估计精度提

3、高了４４％；相对于ＩＭＭ算法，ＡＵＶ的经度估计精度提高了２２％，纬度估计精度提高了１９％；得到的结果验证了提出的ＥＭＡ－ＩＭＭ算法的优越性。关键词：自主水下航行器；组合导航；交互式多模型；期望模式修正中图分类号：Ｕ６６６．１文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１４２２０３．０７３７Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｍｏｄｅｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｅｘｐｅｃｔｅｄ－ｍｏｄｅａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒＡＵＶ１，２，ＣＨＥＮＧＸｉａｎｇ

4、－ｈｏｎｇ１，２＊ＷＡＮＧＬｅｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏ－ｉｎｅｒｔｉａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕ

5、ｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｈｃｈｅｎｇ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＭｕｌｔｉｐｌｅＭｏｄｅｌ（ＩＭＭ）ｆｉｌｔｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＥｘｐｅｃｔｅｄ－ｍｏｄｅＡｕｇｍｅｎｔａ－ｔｉｏｎ（ＥＭＡ）ｎａｍｅｄＥＭＡ－ＩＭＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｍｏｄｅｌａｎｄｔｉｍｅ－ｖａｒｉｅｄｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒａｎＡｕｔｏｎｏｍ

6、ｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ（ＡＵＶ）ｉｎａｔｏｕｇｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＴｈｅＥＭＡ－ＩＭＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｍａｉｎｌｙｕｓｅｓｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｏｄｅｌｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｅｃｕｒｓｉｖｅｅｓｔｉｍａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒｍａｋｉｎｇｄｅｃｉｓｉｏｎ．Ｉｔｆｉｌｔｅｒｓｆｏｒｔｈｅｂａｓｅｇｒｉｄｓｏｆｆｉｘｅｄｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｔｏｏｂｔａｉｎａｆｉｎｅｄａｍｅｎｄａｔｏｒｙｍｏｄｅｌｓｅｔｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎｔｈｅａｍｅｎｄａｔｏｒ

7、ｙｍｏｄｅｌｉｓｆｉｌｔｅｒｅｄｔｏｏｂｔａｉｎａｎｅｘｐｅｃｔｅｄｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆａｓｍａｌｌｎｕｍｂｅｒｏｆａｍｅｎｄａｔｏｒｙｍｏｄｅｌｇｒｉｄｓｔｈａｔａｒｅｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｒｅａｌｍｏｄ－ｅｌ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｆｕｒｔｈｅｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｓｕｂｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｔｏｔｈｅ收稿日期：２０１３－０９－１０；修订日期：２０１３－１０－３０．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６１３７

8、４２１５）７３８光学精密工程第２２卷ｒｅａｌｍｏｄｅｌｗｉｌｌｂｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｙａｃｈｉｅｖｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｎｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＥＭＡ－ＩＭＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｅａｎｄｌａｔｉｔｕｄｅｂｙ９７％ａｎｄ４４％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅＫａｌｍａｎｆ