资源描述:
《一种新型卡尔曼滤波器在天文定位中的应用》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第32卷第3期四川兵工学报2011年3月【其他研究】一种新型卡尔曼滤波器在天文定位中的应用卫翔,郁振伟,侯春龙(海军潜艇学院作战指挥系,山东青岛266071)摘要:针对应用Sage-Husa自适应滤波进行天文定位时滤波效果差的问题,提出了采用一种新型滤波器对天文定位问题进行研究和仿真的思路,建立了舰船动态系统模型,验证了此滤波器应用于天文定位的有效性。关键词:卡尔曼滤波;自适应;Sage-Husa自适应滤波;天文
2、定位中图分类号:U675.6文献标识码:A文章编号:1006-0707(2011)03-0130-03天文航海定位作为一种古老的的定位方法,在计算机时另外,Sage-Husa自适应滤波的噪声统计特性的估计方[1][6-7]代又焕发了生机。随着自动化导航系统的不断完善和发程为:展,船舶定位的准确性和及时性问题都得到了相应的解决,^q(k+1)=1[k^q(k)+X^(k+1
3、k+1)-Φ(k)X^(k
4、k)]ìk-1摆脱了长期以来舰船远航只能依靠天文定位的局面。然而,ïQ^(k+1)=1[kQ^(k)+K(
5、k+1)E(k+1)ET(k+1)KT(k+1)+各种电子导航方法均需要外部设备和信号,这些设施和信号ïk+1ï难免发生故障和受到干扰,从而影响舰船定位的及时性和准ïP(k+1
6、k+1)-Φ(k)P(k
7、k)ΦT(k)]确性。由于天文导航稳定可靠,因此,天文导航仍作为重要í1^ï^r(k+1)=[k^r(k)+Z(k+1)-H(k+1)X(k+1
8、k)]的导航手段。但是,天文定位也存在着致命的缺点,那就是k+1ï其定位精度低[2]。而卡尔曼滤波技术的发展为天文定位的^1^TïR(k+1)=[kR(k)+E
9、(k+1)E(k+1)-ïk+1高精度化提供了较好的数据处理方法。îTH(k+1)P(k+1
10、k)H(k+1)][3]以上就是常用的Sage-Husa递推次优无偏算法。1次优并行滤波器但实际应用中发现,虽然Sage-Husa自适应滤波对不同的噪声污染以及不同的估计初值,其滤波效果均近似,可以自适应滤波是在卡尔曼滤波进行最佳估计的同时,不断达到自适应的目的,但在不同的情况下,滤波估计误差中均利用量测数据估计校正噪声统计特性和模型参数,从而保证有不为0的偏差,这就导致了在实际应用中滤波准确度不滤波始终处于正常
11、状态的滤波方法。其基本思想就是在利高,不能实际应用。因此,针对这一问题,将采用一种改进型用观测数据进行滤波的同时,不断对未知或不确知、甚至时的滤波器。慢时变的系统模型参数(或模型结构)和噪声统计特性进行次优并行滤波器的设计思想是:将自适应滤波器作为主估计或修正,实现滤波器设计参数的在线改进,以缩小实际滤波器,将普通滤波器作为伴随滤波器,2个滤波器共同工的滤波误差。自适应滤波方法有多种,下面介绍应用较广的[4]作,互取所长。采用此滤波器可使估计误差的偏差得到较好Sage-Husa自适应滤波。[5]的纠正,对
12、实际观测为0均值的噪声(白噪声)有较好的滤波动态系统可以用下列方程表示:作用,能使定位准确度大大提高,这样将取得预期效果,达到X(k)=Φ(k-1)X(k-1)+W(k-1){滤波的真正目的。Z(k)=H(k)X(k)+V(k)其中:E[W(k)]=q,E[V(k)]=r,COV[W(k),W(j)]=Qδ,2次优并行滤波器在天文导航定位中的COV[V(k),V(j)]=R,噪声均值q,r和协方差矩阵Q,R为δ应用未知。卡尔曼滤波方程组为:X^(k
13、k)=X^(k
14、k-1)+K(k)E(k)2.1天文解算
15、模块ì^由高度差法可知,天文位置线的两要素是高度差Δh=ïE(k)=Z(k)-H(k)X(k
16、k-1)-r(k-1)ï^^h0-hc和天体方位Ac。其中:h0是测者观测天体高度经修X(k
17、k-1)=Φ(k,k-1)X(k-1
18、k-1)+q(k-1)ï正后得到的;hc和Ac是用解算天文三角形得到的。ïK(k)=P(k
19、k-1)HT(k)[H(k)P(k)HT(k)+R(k-1)]-1í2.1.1求天体真高度TP(k
20、k-1)=Φ(k,k-1)P(k-1
21、k-1)Φ(k,k-1)+Q(k-1)ï用六分仪测得的
22、天体高度hs,经指标差和器差(i+s)改ïP(k
23、k)=[I-K(k)H(k)]P(k
24、k-1)ï^正后,可得到天体观测高度h'。再经过修正眼高差d、折光ïX(0
25、0)=E[X(0)]=X0î差ρ、视差P和半径差SD,才能得到天体真高度h0,即:P(0
26、0)=COV[X(0),X(0)]=P0收稿日期:2011-01-26作者简介:卫翔(1980—),男,硕士,工程师,主要从事信息融合及系统仿真技术研究。卫翔,等:一种新型卡尔