GPS间歇性失效环境下的低成本多传感器组合导航系统研究摘要：针对GPS/SINS组合导航系统在GPS间歇性失效环境下导航精度迅速下降的问题，设计了一种低成本的多传感器组合导航系统。该系统由陀螺仪、加速度计、气压计、磁力计和GPS组成，通过卡尔曼滤波器进行信息融合来实现精确的导航定位。针对GPS间歇性失效环境，利用气压计和磁力计的测量信息来辅助SINS进行导航。采用内置MEMS多传感器的智能产品对设计的系统进行了实验验证。实验结果表明，该系统可以在GPS间歇性失效的环境下实现精确的导航定位。关键词：GPS失效；多传感器；组合导航；卡尔曼滤波分类号：TJ765；V249.32+8文献标识码：A文章编号：1673-5048(2015)03-0013-05ResearchonLowCostMultiSensorIntegratedNavigationSysteminIntermittentGPSDeniedEnvironmentWuZhendianl,WuFalinl,FuYongl,ZhaoYanl，ZhongHaibo2(1.BeihangUniversity,Beijing100191,China；2.SpaceStarTechnologyCo.Ltd,Beijing100086，China)Abstract:FortheproblemthatthenavigationprecisionofGPS/SINSintegratednavigationdeclinesrapidlyunderintermittentGPSdeniedenvironment,alowcostmultisensorintegratednavigationsystemisdesigned.Thesystemconsistsofgyroscope，accelerometer,barometer,magnetometerandGPS,andachievesthepurposeofaccuratenavigationandpositioningbyusingKalmanfilterforinformationfusion.FortheintermittentGPSdeniedenvironments,thesystemusesthemeasurementinformationofbarometerandmagnetometertoassistSINS'snavigation.ThissystemisverifiedbyusingsmartproductwithbuiltinMEMSmultiplesensors.TheexperimentalresultsshowthattheintegratednavigationsystemcanrealizeprecisenavigationandpositioningunderintermittentGPSdeniedenvironment.Keywords：GPSdenied；multisensors；integratednavigation；Kalmanfiltering0引言全球定位系统(GPS)可以在全球任何地方任收稿日期：2015-01-29基金项目：中国航天科技集团公司卫星应用研究院创新基金项目(2014_CXJJ-DH_07)作者简介：吴振钿(1990-)，男，福建三明人，硕士研究生，研究方向是仪器仪表工程、组合导航。何时间提供精确的导航信息，但输出频率低，易受自然或人为干扰［1-3］。惯性导航系统(INS)输出频率高且不受外界环境干扰，是一种自主式导航系统，但其导航误差随时间发散，无法长时间工作［4-6］。GPS/INS组合导航系统能够充分发挥两个子系统各自的优势，是目前世界上广泛采用的组合导航系统。但它有一个显著缺点：一旦GPS长时间失效，组合导航系统又变成了单纯的惯性导航［7-9］o为解决这一问题，可以建立尽量符合实际情况的系统误差模型，当GPS不可用时，使用系统误差模型进行误差补偿。杨丽采用基于遗传算法的小波神经网络对GPS/INS信号建立INS位置、姿态、速度误差预测模型，当GPS失效时，利用已建立的预测模型预测INS位置、姿态、速度误差来修复INS数据［10］;贾鹤鸣等利用基于傅里叶基神经网络算法的频谱分析方法建立了一个时域脉冲响应模型，在GPS失效时，通过对INS信号与脉冲响应模型进行卷积，即可得到组合导航系统的输出，并将此作为GPS失效时的过渡信号[11]。另一种方法是使用其他导航传感器辅助INS，提高系统在GPS无效时间段内的精度。徐士厚利用电子罗盘的姿态观测和里程仪的速度观测辅助INS[7];郭美玲利用汽车传感器中的轮速传感器、加速度传感器、横摆角传感器和方向盘传感器的观测量来辅助INS[12];陈帅等利用多普勒雷达的速度观测和气压高度表的高度观测来辅助INS[13随着微机电系统（MEMS）技术的不断进步，MEMS传感元器件体积越来越小，精度越来越高，价格越来越低，应用于组合导航系统中变得简单易行[14-15]。基于以上考虑，本文设计了一种GPS间歇性失效环境下的低成本多传感器组合导航系统。该系统由惯性传感器、气压计、磁力计和GPS组成，并通过卡尔曼滤波器进行信息融合来实现精确的导航定位。当GPS失效时，利用气压计和磁力计1.1系统结构设计多传感器组合导航系统结构原理如图1所示1多传感器组合导航系统结构原理该系统分别由...