[发明专利]一种GNSS与惯导组合导航位置输出的滤波校正方法

说明书

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体提供了一种GNSS与惯导组合导航位置输出的滤波校正方法，先建立GNSS/INS组合导航系统的误差状态方程；然后建立GNSS/INS组合导航系统的量测方程，系统采用松组合的方式，利用GNSS与INS提供的位置之差作为卡尔曼滤波的量测信息；最后采用卡尔曼滤波方法对系统状态进行估计，并根据滤波估计结果，对INS输出的位置进行校正，得到最终的卡尔曼滤波结果。采用了反馈校正，避免了输出校正方式下的滤波器状态值会越来越大的情况，提高了滤波效果；交替采用反馈校正以及输出校正对系统的位置进行校正，不但高了组合导航系统的可靠性，而且也提高了卡尔曼滤波估计的精度。

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种GNSS与惯导组合导航位置输出的滤波校正方法。

背景技术

铁路作为我国国民经济的大动脉、国家重要基础设施、大众化交通工具，具有运能大、效率高、运距长、能耗低等诸多优点，非常适合我国人口众多、幅员辽阔的基本国情，在我国经济社会发展中发挥着重要的作用。列车运行控制系统作为铁路运输的“神经中枢”，是保障铁路行车安全、提高运输效率的核心，需要对列车的速度、位置等信息进行实时、准确的掌握。提高列车运行安全水平、降低运营和维护成本、满足线路运量现在已经成为了列车控制系统的一个研究热点。

随着GPS、GLONASS、Galileo和我国自主研发的北斗卫星导航系统的逐步发展和完善，卫星导航定位技术的应用领域也在不断扩展，利用卫星定位系统技术快速、准确地提供列车位置信息，不仅可以减少轨旁设备，降低建设和运行成本，减少铁路维修周期，还能提高列车定位精度，缩短列车行驶间隔时间，提高线路运输效率。对于基于差分定位技术的卫星定位系统，其输出位置信息的频率不高于CORS站播发差分信息的频率(如1HZ/秒)，即卫星定位系统输出位置的频率受CORS站播发信息的频率限制。然而，对于时速较高的列车(如达到600km/小时的磁悬浮列车)，其定位系统须具有更高的位置输出频率(至少100HZ)，才能满足列车实时定位的需求。此外，因为列车在实际运行环境中不仅会遇到隧道、桥梁、山坡、城市建筑物等遮挡卫星信号等问题，还会受到电磁波干扰、阻塞，出现卫星信号接受困难或丢失、错误等情况，降低列车定位的可靠性和精确性。因此，仅仅依靠GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球卫星导航系统)定位技术难以实现列车的连续定位。一些研究提出增加INS(Inertial Navigation System)传感器进行多源信息融合处理，弥补GNSS定位的局限性，扬长避短，形成有效列车组合定位功能整体。但是也存在缺陷。

GNSS/INS组合导航技术与卡尔曼滤波器构成了列车组合导航定位系统。卡尔曼滤波器对传感器输出的状态信息进行递推计算，系统利用计算结果对状态信息进行实时校正，最终输出列车的位置及其他信息。利用卡尔曼滤波器校正状态信息的方式有两种，分别为输出校正和反馈校正。输出校正就是用导航参数误差的估值去校正系统输出的导航参数，得到组合导航系统的导航参数估值，是目前列车组合导航系统主要采用的校正方式。然而，由于未校正系统导航参数的误差会随时间而增大，因而输出校正方式下的滤波器状态值会越来越大。这使得方程线性化等近似计算误差不断增大，从而滤波效果变差。反馈校正是将惯导系统导航参数误差的估值反馈到惯导系统内，对误差状态进行校正。与输出校正相比，反馈校正的卡尔曼滤波器所估计的状态是经过校正的导航参数误差，在反馈校正后，惯导系统的输出就是组合系统的输出，误差始终保持为小量，克服了输出校正的缺点，更真实地反映理论系统误差的动态过程。当惯导系统精度要求较高，且连续工作时间又长时，可采用反馈校正。然而该校正方式的缺点是工程实现没有输出校正简单，且滤波器故障直接污染惯导系统输出，使系统可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中列车卫星惯导组合导航定位技精度及可靠性低的问题。

为此，本发明提供了一种GNSS与惯导组合导航位置输出的滤波校正方法，包括一下步骤：