專利名稱：用于wsn/ins組合導航的多級非線性濾波器的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于WSN/INS組合導航的多級非線性濾波器的控制方法，屬于多傳感器數(shù)據(jù)融合領域。
背景技術：
全球定位系統(tǒng)(Global positioning systems, GPS)和慣性導航系統(tǒng)(Inertialnavigation system, INS)均為目前應用最廣泛的導航系統(tǒng)之一。其中GPS能夠提供精確地，具有持續(xù)穩(wěn)定導航精度的導航信息，但是在室內(nèi)、高層建筑密集的市區(qū)、礦井、隧道等環(huán)境下，GPS信號失鎖，不能進行定位。INS雖然具有全自主、運動信息全面、短時、高精度的優(yōu)點，雖然可以實現(xiàn)自主導航，但誤差隨時間積累，長航時運行條件下將導致導航精度嚴重下降。因此，INS對GPS導航信息的補償只能是短期補償，而目前最為常用的GPS/INS組合導航系統(tǒng)的導航精度依賴于GPS的導航精度，在GPS長時間失鎖的情況下，組合導航系統(tǒng)無法提供高精度的導航信息。近年來,無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensors Network, WSN)以其低成本、低功耗和低系統(tǒng)復雜度的特點在短距離定位領域表現(xiàn)出很大的潛力。WSN為在無GPS信號地區(qū)，即所謂的“盲區(qū)”時，如室內(nèi)、高層建筑密集的市區(qū)、礦井、隧道等環(huán)境下未知節(jié)點定位提供了可能。但由于WSN采用的通信技術通常為短距離無線通信技術(如ZigBee、WIFI等)，因此若想完成長距離的目標跟蹤定位，需要大量的網(wǎng)絡節(jié)點共同完成，這增加了 WSN的網(wǎng)絡負擔。除此之外，WSN只能提供位置和速度信息，不能提供全面的運動信息。 為了在GPS長失鎖環(huán)境下得到長時間的穩(wěn)定的導航信息，許多學者提出將WSN定位技術引入到低成本的INS系統(tǒng)中，構(gòu)建WSN/INS組合導航系統(tǒng)，如東南大學Y. Xu,雖然這ー組合方式很好的解決了地下密閉環(huán)境下的長距離目標跟蹤和導航設備成本高的問題，但是由于現(xiàn)有的低成本INS技術，使得INS系統(tǒng)測量得到的信息(如航向角，加速度信息)準確性大大降低，再加上INS系統(tǒng)本身的誤差累積現(xiàn)象，使得低成本INS技術難以提供穩(wěn)定的導航信息。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決低成本INS出現(xiàn)的累積誤差的情況，本發(fā)明提出了一種用于WSN/INS組合導航的多級非線性濾波器的控制方法，通過預估WSN測量的每ー時刻的速度信息構(gòu)建載體的航向角信息，將INS測量的航向角的累積誤差轉(zhuǎn)為隨機誤差，使濾波精度得到明顯的提高。本發(fā)明為解決其技術問題采用如下技術方案
一種用于WSN/INS組合導航的多級非線性濾波器的控制方法，包括下列步驟
(1)組合方法將導航過程分為培訓過程和自適應補償過程兩部分，將有WSN信號的導航過程稱為培訓過程，只有INS信號的導航過程稱之為自適應補償過程；
(2)在培訓過程中，在本地相對坐標系中通過構(gòu)建兩個濾波器將INS和WSN進行數(shù)據(jù)融
合；
(3)構(gòu)建擴展卡爾曼濾波器I的系統(tǒng)方程，該系統(tǒng)方程以WSN每ー時刻兩個方向的位置速度作為系統(tǒng)狀態(tài)變量，濾波器的系統(tǒng)方程如式(I)所示，其中T1為采樣周期，》^為系統(tǒng)噪聲，
權(quán)利要求
1.一種用于WSN/INS組合導航的多級非線性濾波器的控制方法，其特征在干，包括下列步驟 (1)組合方法將導航過程分為培訓過程和自適應補償過程兩部分，將有WSN信號的導航過程稱為培訓過程，只有INS信號的導航過程稱之為自適應補償過程； (2)在培訓過程中，在本地相對坐標系中通過構(gòu)建兩個濾波器將INS和WSN進行數(shù)據(jù)融合； (3)構(gòu)建擴展卡爾曼濾波器I的系統(tǒng)方程，該系統(tǒng)方程以WSN每ー時刻兩個方向的位置( ,九)、速度作為系統(tǒng)狀態(tài)變量，濾波器的系統(tǒng)方程如式⑴所示，其中T1為采樣周期，Wli為系統(tǒng)噪聲，
全文摘要
一種用于WSN/INS組合導航的多級非線性濾波器的控制方法，屬于多傳感器數(shù)據(jù)融合領域。本發(fā)明是在WSN/INS組合導航模型中使用兩組濾波器。一組濾波器(濾波器1)對WSN測量的載體在兩個方向(東向和北向)的位置和速度做預估，用預估的速度計算這一時刻載體運動的航向角并輸入到下一濾波器中。另一組濾波器(濾波器2)則對每個時刻INS測量的載體在兩個方向的位置誤差、速度誤差和航向角進行預估。INS測量位置、速度信息與預估出的位置誤差、速度誤差作差，最終得到最優(yōu)的導航信息。該方法通過兩組濾波器的設計，將傳統(tǒng)INS航向角的誤差由累積誤差轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機誤差，使濾波精度得到明顯的提高。
文檔編號G01C21/00GK102692223SQ20121021341
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者徐元, 李慶華, 陳熙源 申請人:東南大學