3舰船组合导航系统的顺序滤波融合算法

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1、3舰船组合导航系统的顺序滤波融合算法汤天浩，闻春红，王天真，葛泉波(上海海事大学,上海200135)摘要:舰船组合导航系统Kalman滤波的集中式融合与分布式融合存在滤波精度与计算性能、容错性不可兼顾的缺点。且船舶运动受海洋环境等的影响，其噪声基于白噪声建模过于理想化。针对上述问题，提出了舰船组合导航系统的顺序滤波融合算法。该算法的基本思想是采用一阶Markov过程建立舰船运动的噪声模型，并用状态扩维方法将状态方程转化为符合标准Kalman滤波的基本方程，然后每一时刻检查各导航子系统的有效性，对有效的导航子系统引入顺序滤波融合思想实现导航定位。与

2、传统的顺序滤波融合算法相比，新算法在保留与集中式融合同样高的滤波精度、计算性能好的优点的基础上，新增了实用性强、容错性好的优点。理论分析和舰船SINS/GPS组合导航仿真结果表明了新算法的有效性和优越性。关键词:水路运输；组合导航；集中式融合；分布式融合；容错性；顺序滤波融合；状态扩维中图分类号：文献标识码：ASequentialFilteringFusionAlgorithmforIntegratedNavigationSystemTANGTian-hao,WENChun-hong,WANGTian-zhen,GEQuan-bo(Shangha

3、iMaritimeUniversity,Shanghai,200135)Abstract:Centralizedfusionanddistributedfusionforvesselintegratednavigationhaveeitherhigherfilteringaccuracyorbettercomputationperformanceandfault-tolerant,butnotboth.Andimpactedbymarineenvironment,itistooidealtomodelingvesselprocessnoisewi

4、thwhitenoise.Toagainstaboveproblems,thepaperintroducessequentialfilteringfusionalgorithmforintegratednavigationsystem.ThenewalgorithmmodelsvesselprocessnoisewithoneorderMarkovprocess,andchangesstateequationsintobasicequationsofstandardKalmanfilter,thencheckstheefficiencyofeac

5、hsubnavigationsystemandfusionsallefficientdatastepbysteptopositioningvessel.Comparedwithtraditionalsequentialfilteringfusionalgorithms,thenewalgorithmreservesadvantagesofthesamefilteringaccuracywithcentralizedfusionalgorithmandbettercomputationperformance,andaddsadvantagesofm

6、orepracticalandbetterfault-tolerant.TheoreticalanalysisandvesselGPS/SINSintegratednavigationsimulationresultsindicatetheefficiencyandsuperiorityofthenewalgorithm.Keywords:integratednavigation;centralizedfusion;distributedfusion;fault-tolerant;sequentialfilteringfusion;statedi

7、mensionaugmentation引言全球化进程的加快促进了船舶运输业的迅猛发展，从而使得船舶对导航定位设备的自动化和精度提出了更高的需求。近年来，信息融合技术的进步极大地推动了舰船组合导航技术研究和应用的发展，取得了诸多研究成果，其中部分已在实际工程中得到了有效应用[1-10]。舰船组合导航系统中常用的Kalman滤波融合方法包括集中式和分布式两种。集中式融合可以获得全局最优融合估计，具有高的滤波精度，但要求融合滤波器需具有较强的中心处理能力，计算负担重，不利于滤波的实时运行。另外，当某导航子系统出现故障时，滤波值会被污染，输出的导航信息不

8、可靠，即系统容错性差，不利于故障诊断。分布式融合方法采用并行计算方式，计算负担小，可将失效子系统隔离，用剩下的正常子系统继续完成导航任务