[发明专利]基于惯导辅助单星定位的卡尔曼滤波动目标定位方法

摘要

本发明提出一种基于惯导辅助单星定位的卡尔曼滤波动目标定位方法，包括最小二乘‑牛顿迭代单星定位初始解算、INS惯导位移补偿和卡尔曼滤波融合反馈三部分：其中最小二乘‑牛顿迭代单星定位初始解算部分构建单星运行轨道以获得单星星历数据，利用测得的三个时刻的卫星相对地面定位目标伪距值，利用最小二乘方法解出目标定位初始解，使用牛顿迭代进一步逼近真实结果；其次利用INS惯导部分输出目标实时位移反馈给最小二乘和其后的卡尔曼滤波器对结果进行校正；最后卡尔曼滤波，发挥无迹卡尔曼滤波器(UKF)精度高和鲁棒性强的优势，经过定位位置迭代和融合滤波后得到目标的定位结果，能有效提高动态环境下的单星导航的定位精度并保持较长时间的稳定定位。

主权项

1.一种基于惯导辅助单星定位的卡尔曼滤波动目标定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采用积分多普勒单星定位方式获得卫星与定位目标之间的积分多普勒测量值，结合定位目标测高计获得的高度值h和卫星星历中得到的卫星各时刻坐标求出定位目标初始静态定位阶段的定位目标坐标x＝(x,y,z)；步骤2：以步骤1得到的定位目标初始静态定位阶段的坐标x＝(x,y,z)为初始值，利用连续三个时刻卫星与定位目标间的伪距、INS惯导输入的定位目标位置偏移、卫星坐标和目标测高，联立公式其中{Ri,Ri+1,Ri+2}分别表示第i、第i+1和第i+2个时刻的卫星和定位目标之间的伪距，卫星在第i、第i+1和第i+2个时刻坐标分别为{Xi,Yi,Zi}、{Xi+1,Yi+1,Zi+1}和{Xi+2,Yi+2,Zi+2}，定位目标在第i、第i+1和第i+2个时刻坐标分别为{xi,yi,zi}、{xi+1,yi+1,zi+1}和{xi+2,yi+2,zi+2}，{Ri,x,Ri,y,Ri,z}、{Ri+2,x,Ri+2,y,Ri+2,z}分别表示i时刻与i+2时刻伪距Ri和Ri+2各自在地心地固坐标系下x,y,z三个方向上的投影；δtu为接收机钟差；Δxi,Δyi,Δzi和Δxi+1,Δyi+1,Δzi+1为惯导系统记录的目标i时刻与i+1时刻间以及i+1时刻与i+2时刻间的相对位移；将联立公式在k‑1次迭代结果[xi+2,k‑1,δtu,k‑1]T处泰勒展开，并略去高阶项进行线性化处理之后得到矩阵方程式为：G·Δx＝b其中xi+2,k表示i+2时刻第k次迭代的目标坐标值，xi+2,k‑1表示在第k‑1次迭代时对应i+2时刻定位目标的坐标；反复进行迭代直至增量||Δx||满足设定精度后停止，得到i+2时刻定位目标的三维坐标，并将此结果作为初始定位结果x；步骤3：建立状态变量X＝[x y z V_x V_y V_z a_xa_y a_z]^T，其中状态变量代入值x,y,z、V_x,V_y,V_z和a_x,a_y,a_z分别为定位目标在i+2时刻坐标系中的当前位置、速度和加速度；将状态变量初始化为并将惯导系统记录的目标i时刻与i+1时刻间以及i+1时刻与i+2时刻间的相对位移Δx_i,Δy_i,Δz_i和Δx_i+1,Δy_i+1,Δz_i+1、卫星与目标在i时刻、i+1时刻和i+2时刻的伪距值，以及目标在i+2时刻的测高值代入UKF滤波器，得到i+2时刻的定位结果。