基于GPS的动态目标定位滤波方法摘要:现代车辆导航一般采用GPS单板定位方法,但是GPS卫星信号容易受到大气电离层和地面建筑等的干扰,从而影响定位精度和跟踪性能。为了解决上述问题,本文结合实际,设计了一种简单实用的GPS定位滤波方法,根据车辆等载体的运动特性建立GPS单板定位导航系统的系统模型和观测方程,并推导了卡尔曼滤波算法。仿真分析表明,该方法算法简单,能够在不增加额外的硬件系统前提下,具有较高定位精度,良好的跟踪性能,在汽车导航应用中具有较高的实用价值。关键字:GPS动态滤波;卡尔曼滤波;“”机动目标当前模型。中国分类号:TP391.9文献标识码:AGPS-baseddynamictargetlocatingfilteringmethodZHANGKunGAOTian-de(SchoolofMarineEngineeringNorthwesternPolytechnicalUniversity,XianShanxi710072.ChinaAbstract:GPSpositioningboardisusedformodernvehiclenavigationsystem,however,thesatellitesignaliseasilyinterferedbytheionosphereandbuildings,thusaffectingthepositioningaccuracyandtrackingperformance.Inordertosolvetheproblem,wedesignedasimpleandpracticalGPSlocatingfilteringmethod.WeestablishedthesystemmodelandobservationequationforGPSnavigationsystem,accordingtomotionfeaturesofvehicle,anddeducedtheKalmanfilteringalgorithm.Thesimulationanalysisshowsthatthismethodhasasimplealgorithm,andcanimprovethepositioningaccuracyandtrackingperformancewithoutrequiringadditionalhardwareandhashigherpracticalvalue.Keywords:GPSdynamicfiltering,Kalmanfiltering,maneuveringtarget“current”model1.引言GPS系统是美国上世纪90年代建立的高精度卫星定位系统。能够提供全天候的实时定位、测速、授时服务[1],在导航领域有着广泛的应用。GPS信号容易受到外界的干扰从而影响定位精度和测速精度,其误差[2][3]主要来自于星历误差、卫星中差、大气电离层延迟、对流层延迟、多径效应、天线位置以及接收机软件和硬件造成的误差。目前,主要有两种方式用来提高GPS定位精度。一是采用差分GPS的方式(DGPS,可以有效地减小误差。二是采用卡尔曼滤波。卡尔曼滤波是一种时域滤波方法,采用状态空间方法描述系统,算法采用递推形式[4]。可以不断的预测、修正递推过程。采用卡尔曼滤波对定位信息进行处理时,必须建立精确的系统模型,明确随机干扰的统计模型,以保证滤波的精度和跟踪性能。一般采用GPS和航位推算法相结合[5][6]的方式(GPS/DR进行动态滤波处理。本文考虑到采用GPS/DR方式时需要额外DR传感器,而一般的普通车辆不具备这一条件。因此,结合实际设计了一种简单的只利用GPS信息的动态卡尔曼滤波算法。本文根据车辆等载体的运动特性,建立了系统模型,并描述了算法的递推过程。仿真分析表明,该方法在不增加额外的硬件系统的前提下,仍有较高的精度,算法简单,具有较高的实用价值。2.动态滤波模型对导航系统进行卡尔曼滤波需要建立精确地系统模型,即车辆等载体的运动规模型。模型描述的越精确,滤波效果越好,因此采用采用的模型是否合适将直接影响滤波的效果。载体的运动模型一般是按照牛顿运动定律描述载体的运动规律。目前,有多种成熟的运动模型[7]。如:CV和CA模型、singer“”模型、半马尔科夫模型、机动目标当前模型、二维转弯运动模型等等。实践表明,“”机动目标当前模型采用非零均值和修正瑞利分布表示机动加速度特性,下一时刻的加速度只能在当前加速度的领域内,比较符合实际。2.1.状态方程为了确定载体的位置以及速度等信息,选取状态变量为:[,,,,,]TeeennnXxvaxva=(1“”分别表示东向和北向的坐标、速度和加速度。机动目标当前模型中载体以某一加速度机动时,载体加速度采用非零均值时间相关模型[4][8]。即:1(((attat=+(21(((atatWtτ=-+(3式中,1(at(t是加速度当前均值,(at是零均值的有色加速度噪声,τ是机动加速度变化率的相关时间常数由(2式、(3式可得11((((atatatwtτ==-+11[((](attWtτ=--+111(((attWtττ=-++(4再根据牛顿运动定律,可以得到载体的连续运动状态方程(((XtAXtUWt=++(5(5式中010000001000001/0000000100000010001/enaaAττ⎡⎤⎢...