sins╱gps 组合导航系统kalman 滤波仿真研究

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1、SINS/GPS组合导航系统Kalman滤波仿真研究员丽琼景占荣(西北工业大学电子信息学院，陕西西安710082)摘要：(方法)本文首先对捷联惯导系统(SINS)及全球定位系统(GPS)的原理进行了研究，结合SINS和GPS在导航系统中各自的优缺点，分析了SINS/GPS组合导航的原理，建立了SINS/GPS系统的状态方程及位置速度误差量测方程，其次，应用卡尔曼滤波技术实现了SINS和GPS的组合导航，利用Matlab对SINS和GPS的位置、速度误差进行了仿真验证。（结论）仿真结果证明，采用Kalman滤波实现SINS

2、/GPS组合导航，（目的）组合导航系统精度大大提高。关键词：捷联惯导系统(SINS)；全球定位系统(GPS)；Kalman滤波；Matlab中图分类号：文献标识码：文章编号：SimulationofintegratedSINS/GPSnavigationsystemwithKalmanfilterYUNLiqiongJINGZhanrong(departmentofElectronicInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity;shan’xi,xi’an，710082)

3、Abstract:Firstly,thispapercombinesthestrengthsandweaknessesofSINSandGPStoanalysistheSINS/GPSIntegratedNavigationSystemprincipleandtoestablishSINS/GPSsystemstateequationandmeasurementequationoftheerrorposition,velocity.Secondly,itappliesKalmanfilteringtechnologyto

4、achieveacombinationofSINSandGPSnavigation,usesofMatlabtosimulationtheSINSandGPSposition,velocityerrors.Theresultsofsimulationindicatethat,usingKalmanfilteringtoachieveSINS/GPSintegratednavigation,thenavigationaccuracyofintegratedsystemisgreatlyimproved.KeyWords:S

5、trap-downinertialnavigationsystem;Globalpositionsystem;Kalmanfilter,;Matlab0引言（研究的切入点）惯性导航定位系统是一种不依赖任何外部信息、设施或基准，也不向外部辐射能量的自主式导航定位系统，具有很强的抗干扰能力，隐蔽性好，可以提供完备、连续及高数据更新率的导航信息。其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间的独立工作。GPS全球定位系统，GPS由空间部分、地面监测部分和用户接收机三大部分组成。GPS定位精度高、定位速度快，具有全球性、全天

6、候的优点。但当飞行器的机动超过GPS接收机的动态范围时，接收机会失锁，从而不能工作。另外，GPS接收机数据更新频率低，因而难以满足实时控制的要求。（研究的重要意义）SINS/GPS的组合导航既可以提高惯导系统的性能和精度，又可以提高接收机的动态特性和抗干扰性。因此，SINS/GPS组合导航已经成为导航界研究的热点之一。（研究拟解决的关键问题）本文应用卡尔曼滤波技术实现SINS/GPS的组合导航，利用Matlab对SINS和GPS的位置、速度误差进行仿真，验证SINS/GPS的组合导航的优越性。1、捷联惯导原理（SINS）

7、陀螺仪和加速度计是惯性导航系统中的关键传感器，分别用来测量运动载体的比力和加速度。惯性导航定位系统：由加速度计、陀螺与惯导平台(物理的或数学的)、导航计算机、导航算法和补偿算法、控制显示器和供电系统等组成，其基本原理是根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，利用陀螺、加速度计等惯性元件感受运动体在运动过程中的加速度，然后通过计算机进行积分，从而得到运动体的位置、速度、方位等导航参数，如图1为捷联惯导原理框图。加速度计比力变换速度计算姿态阵计算位置计算姿态计算四元数计算陀螺仪计算—图1捷联惯导原理框图1.1陀螺仪的输出仿真公

8、式其中为陀螺仪的测量误差。1.2、加速度计的输出仿真公式，其中=为加速度计的测量误差。2GPS导航定位基本原理GPS采用多星、高轨、测距体制，以及距离作为基本观测量。通过对四颗卫星同时进行距离测量，即可解算出接收机的位置。GPS观测数据的仿真就是根据由卫星星历计算得到的卫星位置、速度以及由各种轨迹仿真得到的接收机的位