[发明专利]一种基于多传感器综合导航的位置估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多传感器综合导航方法，特别是一种基于DR/GPS/DME/VOR综合导航的位置估计方法，是一种非常适用于民用飞机高精度、高可靠性定位需求的方法。

背景技术

对于民用飞机来说，安全性永远是第一位的。为了确保民用飞行的飞行安全，大型民用飞机一般配备多种导航系统。如空客320配备有惯性导航系统、全球定位系统(GPS)、测距仪(DME)、甚高频全向信标(VOR)、航位推算(DR)等多个导航设备用于定位。如何有效综合利用多个导航设备信息进行位置计算，从而确保民用飞机的定位精度和可靠性，是民用飞机设计过程中亟待解决的关键技术。

惯性导航系统虽然能够自主提供全面的导航信息，但其误差会随着时间不断积累，所以不能长期独立的进行精确导航。GPS在能够全天候、实时提供机载的位置和速度信息，并且误差不随时间积累，但GPS存在依赖外部信息、易受无线电干扰、数据输出率低等不足；VOR、DME等无线电定位系统的定位精度不受使用时间影响，但工作范围受地面台覆盖区域的限制，且易受地场环境、电磁干扰等空间噪声影响。DR系统是利用机载已有的航向、速度、姿态等传感器数据进行位置推算的自主导航定位系统，DR系统具有自主性好、抗干扰性强、连续输出定位数据、短时间精度较高、成本低等优点，但系统误差随时间积累、不能单独地长时间使用；上述各种单一的导航源各有优缺点，综合发挥各种导航系统的特点，互相取长补短，将导航系统的信息综合起来，将提高导航定位的精度和可靠性，更好地满足民用飞机对导航系统的要求。

目前，传统的综合导航定位方式通常以惯性导航系统作为主导航系统，使用GPS、DME及VOR等其他导航系统辅助进行组合，利用卡尔曼滤波实现飞机位置的估计，但是这种方式不仅需要配备价格昂贵的惯性导航系统，并且模型和组合算法复杂。在工程实现中，采用传统卡尔曼滤波方法进行组合导航时，由于受模型误差和计算过程中的舍入误差影响，容易发生状态协方差矩阵失去对称性和正定性，从而导致滤波器失效。为确保导航的可靠性，通常采用联邦滤波的方法实现多传感器的导航综合，但是这种方法计算量大，实时性差。

发明内容

本发明为了解决现有的民用飞机综合导航定位方法复杂、滤波器容易失效、计算量大、实时性差，并且需要配置昂贵的惯性导航系统等问题，提出了一种基于多传感器综合导航的位置估计方法，利用该方法能够为民用飞机提供高精度、可靠性高的位置数据。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于多传感器综合导航的位置估计方法，包含以下步骤：

步骤1、采集机载各导航设备输出的参数，所述参数包括：(1)DR系统输出位置、速度信息；(2)GPS系统输出的位置、速度信息；(3)DME系统输出的斜距信息；(4)VOR系统输出的方位角信息；(5)ADC系统输出的高度信息；

步骤2、根据DR系统误差模型和ADC系统输出的高度信息建立状态方程；

步骤3、利用DR系统的位置、速度信息与GPS的位置、速度之差求得GPS的位置、速度量测方程；利用DR系统的位置信息与DME系统的斜距信息求得DME的斜距量测方程；利用DR系统的位置信息与VOR系统的方位角信息求得VOR的方位角量测方程；

步骤4、根据GPS的位置、速度量测方程、DME的斜距量测方程和VOR的方位角量测方程建立综合量测方程；

步骤5、结合状态方程和综合量测方程，估计位置误差量、速度误差量；

步骤6、根据估计的位置误差量、速度误差量对DR系统进行输出校正，完成位置估计。

该方法无需使用惯性导航系统，具有定位精度高、可靠性高、实时性好、经济有效且易于工程实现的特点。

依据上述特征，所述状态方程为：

其中：状态变量为：

X＝[δL δλ δV_N δV_E]^T

系统阵为：

系统噪声矢量为：