卡爾曼濾波在GPS/SINS船舶組合導航中的應用

閻羨功

(江蘇海事職業技術學院 經濟管理學院，江蘇 南京211170)

0 引 言

隨著計算機、傳感和信息技術的產生和發展給船舶導航技術中的導航精度的提高帶來了新的開發途徑［1-2］。目前，在船舶導航系統中應用最為廣泛的系統包括全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)［3］和捷聯慣導系統(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)［4-5］。前人的研究結果表明，GPS 和SINS 導航方式具有優勢互補的特點。GPS 雖然定位精度較高，但因地域因素在地面信號的連續性較差，抗干擾性能差、易中斷。SINS 采用主動導航方式，抗干擾能力強，雖然精度也比較高單因其數據傳輸方式等因素存在數據的累積誤差。因此，組合GPS/ SINS 組合導航技術［6-7］應運而生并在這幾年得到了快速發展。卡爾曼濾波［8-9］方法出現的初衷是為了解決維納濾波方式的不足，現已發展成為一種典型的軟件濾波技術，其濾波的基本策略如下:以數據方差的最小值為準則，有效利用相鄰2 個時刻的估計值和測量值來優化對實際狀態的估計。卡爾曼濾波技術已經在船舶導航系統的設計中取得了初步應用，但海洋環境變化異常，目前還沒有一套較為完整的數學模型來對GPS/ SINS 組合導航中的數據進行準確的處理。本文首先對卡爾曼方法的基本原理進行深入探討，分析了船舶導航的特點探索基于卡爾曼濾波的GPS/SINS 組合導航系統設計和應用方法，在此基礎上，對組合導航系統進行仿真研究。

1 GPS/SINS 船舶組合導航系統模型

GPS 和SINS 組合導航能夠充分利用各自的優勢，有利于實現測量誤差低、連續工作時間長、響應頻率范圍廣的導航效果。……