基于联邦式Kalman滤波的GPS／DR组合定位技术《机电技术》2010年第5期计算机技术应用基于联邦式Kalman滤波的GPS/DR组合定位技术刘友文(闽江学院,福建福州350108)摘要:GPS/DR组合是高性能车载导航常见的定位方法.为了得到更准确可靠,稳定连续的定位信息,需要对GPS和DR系统各自的定位结果进行数据融合.文章设计了适用于GPS/DR组合定位的联邦式Kalman滤波,并结合实例验证了滤波算法的性能.关键词:联邦式Kalman滤波;车载导航;GPS/DR组合:TP273TN967.2文献标识码:A:1672—4801(2010)05一o04—03目前,可以用于车辆导航的定位手段主要包括卫星导航定位系统,DR系统,惯性导航系统,统具有全球性,全天候,高精度,实时地测定用户三维位置和速度的能力,但其也有致命的弱点,接收机必须能接收到来自卫星的信号才能提供准确,连续的定位信息,当卫星信号被树木,高层建筑,桥梁及隧道等遮挡或接收机无法接收到四颗及以上的卫星信号时,接收机就无法输出有效信息.以DR系统,惯性导航系统为代表的自主式定位技术是利用距离传感器和角度传感器等进行自主定位,其不存在信号传播问题,抗干扰能力于传感器误差伴随时间积累快,定位结果容易发散,所以这类方法不能长时间单独使用L1之J.由于GPS和DR系统优缺点使两者具有明显的互补性,因此将两者进行组合,来弥补两者单独导航定位的诸多不足,使得车辆导航系统能为用户提供精度高,可靠性强,稳定性好的导航定位信息.为了得到更准确可靠,稳定连续的定位信息,需要对GPS和DR系统各自的定位结果进行位的联邦式Kalman滤波,并结合实例验证了滤波算法的性能.1联邦式Kalman滤波算法设计联邦式滤波算法具有设计灵活性强,计算量小,容错性好等优点,在多传感器系统中得到了互独立的子系统构成.为保证系统的正常运行,当GPS信号丢失,不能正常定位,或者由于遮挡,多路径效应等原因造成GPS定位误差较大时,这时希望组合系统只具有单独的DR子系统功能或让DR子系统起主要作用;而当DR子系统工作时间较长时,其误差累积将比较大,而GPS信号正常且定位精度较高时,这时GPS子系统的导航定位信息起主要作用,同时可用GPS定位结果对DR子系统进行校正.考虑到简单实用性,文章采用开环的联邦式Kalman滤波,即GPS设计一个滤波器,DR设计一个滤波器,而主滤波器部分不进行滤波处理,只对来自GPS子滤波器和DR子滤波器滤波结果进行数据的最优融合,而DR子滤波器的起算数据由最后一次正确的GPS定位信息决定.GPS/DR组合定位联邦式Kalman滤波器结构如图1所示,GPS子系统滤波器采用自适应Kalman滤波,对每隔一秒连续采集的GPS数据进行局部滤波估计;DR子系统滤波器采用迭代自适应扩展Kalman滤波,对DR系统的陀螺仪和车辆里程仪的输出信息进行局部滤波估计.—GPS滤翌-土滤波器数据融合图1GPS/DR组合联邦式滤波结构图1.2GPS,DR子滤波器设计在车载定位中,一般是采用低成本,简易型,多通道的导航型GPS接收机,这类接收机一般采用伪距单点定位模式,每隔一秒向用户提供GPS定位包含有卫星钟差,接收机钟差,多路径效应,对流层延迟,电离层延迟等多种误差,伪距单点定位模式无法消除或削弱这些误差影响,基金项目:福建省教育厅资助省属高校专项(JK2009036);福建省教育厅科技规划项目(JA09195)4计算机技术应用《机电技术》2010年第5期稳定性,需对接收机输出的经度和纬度进行滤波处理.即直接从接收机输出的定位结果入手,将各种误差的影响等效为定位结果中的一个总误差,利用Kalman滤波进行处理.由于车辆行驶可以近似认为是二维运动,状选取有多种方式,为了能全面反映车辆的运动状况,基于当地水平坐标系,定义GPS,DR系统的状态向量为:=[eveaerl1,](1)其中,e,为车辆东向,北向的位置,单位为1TI;,v为车辆东向,北向的速度,单位为m/s;ae,a为车辆东向,北向的加速度,单位为m/s.一般情况下,车载GPS输出信息包括车辆位置,速度,PDOP值等定位信息,而对于原始观测量,如伪距观测值,相位观测值及钟差等信息并没有输出.因此,在建立观测方程时,是直接把车辆位置,速度等当作观测量,而不是伪距,相位等原始观测值,并将影响GPS定位的所有误差当作一个总的误差来考虑.同时,为了方便,需要先进行坐标转换,即把接收机输出的经纬度信息从WGS一84大地坐标系转换到当地水平坐标...