基于三轴磁强计和重力测量的融合导航算法

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1、万方数据第40卷第6期2011年12月信息与控制Info珊ationandContr01v01．40．No．6Dec一2011DoI：10．3724，SP．J．1219．2011．00760基于三轴磁强计和重力测量的融合导航算法吴萌，马杰，田金文，刘劲(华中科技大学多谱信息处理技术国家重点实验室，湖北武汉430074)摘要：为了减小地磁导航的估计误差协方差，提高导航的可靠性和准确性，将重力作为一种新的量测信息引入到地磁导航系统中，提出了基于三轴磁强计与重力测量的融合导航算法．该算法以飞行器的位置与速度向量作为状态向量，建立状态方程；以飞行器所在

2、位置的地磁场强度矢量与重力场强度矢量作为观测向量，建立观测方程；设计了一种联邦滤波器，用于融合三轴磁强计与重力测量仪表提供的量测信息．由于量测方程与状态方法都是非线性的，因此采用无迹卡尔曼滤波器(uKF)作为子滤波器可获得较高精度．仿真结果表明：该方法得到的位置估计误差小于30m，速度误差小于5m／s．与单一地磁导航、重力导航方法相比，该组合导航方法显示出更好的收敛性与可靠性。关键词：三轴磁强计；重力测量；联邦滤波；子滤波器中图分类号：v249．32文献标识码：A文章编号：1002—0411(2011)一06—0760一07AnIntegrat

3、edNavigationAlgorithmBasedonThree-AxisMagnetometerandGravitv1ⅥeasurementWUMeng，MAJie，TIANJinwen，LIUJin(S把地脚￡矗60，n旭可，。rMHZm妒Pcr阳Zm加r，n口ffonPmces5fng乃如nD如gfeJ，乒mnz^Dng己kfvP，iffyD，．％f已ncPⅡHd了翟c^nofDg，，Ⅵ饥矗Ⅱn430074，C仇fnⅡ)Abstmct：Inordertoreducetheestimationerrorcovarianceofgeomag

4、neticnaV堙ationaIldimpmVet}1ereliabilityandtllestabilityofgeomagneticnavigation，anintegratednavigationalgorimmbasedont11ree—aXismagnetometeraIldgravitymeasurementisproposedwhichintroducesgravityasnewmeasureinfomationintotllegeomagneticnavigationsystem．Thea培orithmusesthepositi

5、onaIldmeVelocityoftheaircraftasstateVectorstoestablishstateequation，andtheintensityVectorsofthemagneticfieldandtllegravityneldasobservationvectorstoestablishobser、rationequation．A妇ndoffederated丘lterisdes远nedtofusethemeasuredinformationfromt11ree—aXismagnetometerandgravitymea

6、surement．Forbommestateandthemeasurementequationsofmosetwomemodsarenonlinear，tlleunscentedKalmanfilter(UI(F)isusedasmesub—filtertoimproVemeaccuracy．Thesimulationresultsshowmatthepositionestimationerrorofmemethodis1essman30maIldvelocityestimationerrorislessthan5m／s．comparingwi

7、mmono—geomagneticnav培ationsystemandmono—graVitynavigationsystem，meintegratednavigationalgoritllITlshowsbetterconVe唱enceaIldreliability．Keywords：tllree—aXismagnetometer；graVitymeasurement；federatedfilter；sub—fllter1引言(Introduction)地磁场作为地球的固有物理矢量场具有简便、可靠、不易受干扰的特性，每一点的磁场矢量和其所处的

8、空间位置坐标相对应，所以理论上，根据载体所在的地磁特征，就可以推算出该点的空间位置[1-2】．选择地磁场作为参照系统，利用其在某些特定区域内的有效特征