本發(fā)明涉及導航技術領域，特別是涉及一種機載慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)的自適應濾波方法與濾波器。

背景技術：
INS/GPS(InertialNavigationSyste/GlobalPositioningSystem，慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng))是一種精確的載體導航和運動參數(shù)測量系統(tǒng)，具有可靠性好、精度高、輸出參數(shù)種類多等優(yōu)點，在航空領域得到了廣泛的應用。常用的INS與GPS數(shù)據(jù)融合算法是Kalman(卡爾曼)濾波器，它可以在已知系統(tǒng)噪聲統(tǒng)計特性的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計。但是大量工程實踐表明，在機載使用環(huán)境中，INS中的慣性傳感器易受到溫度、電磁、振動等飛行環(huán)境影響，導致傳感器噪聲特性發(fā)生未知的實時改變；另外由于GPS接收機和天線測量條件的改變等原因，GPS的測量噪聲也會發(fā)生未知變化。這些問題會導致常規(guī)的Kalman濾波器估計精度下降，嚴重時甚至導致濾波發(fā)散，因此如何有效地自適應估計系統(tǒng)的狀態(tài)噪聲和量測噪聲統(tǒng)計特性，保證濾波器估計精度，具有重要的工程意義。自適應估計濾波在濾波計算過程中，不斷地對未知的模型狀態(tài)噪聲和量測噪聲的統(tǒng)計參數(shù)進行估計與修正，實現(xiàn)對濾波器發(fā)散的抑制作用。申請?zhí)?01010552746.5，發(fā)明名稱“一種基于GPS/INS組合導航系統(tǒng)不同測量特性的自適應濾波方法”公開了一種利用雙系統(tǒng)測量互差序列，估計量測噪聲協(xié)方差的自適應濾波方法，實現(xiàn)了對GPS噪聲的實時跟蹤。申請?zhí)?01110385191.4，發(fā)明名稱“一種基于觀測噪聲方差陣估計的自適應濾波方法”公開了一種利用互差序列動態(tài)估計量測噪聲特性的方法，同時構(gòu)造比例因子實現(xiàn)了自適應調(diào)節(jié)濾波增益。但是可以看出，這些方法均沒有對系統(tǒng)狀態(tài)噪聲進行自適應估計。在外界環(huán)境干擾導致系統(tǒng)內(nèi)部傳感器性能變化或失效的情況下，系統(tǒng)狀態(tài)噪聲會發(fā)生明顯變化，成為影響濾波精度的主要因素，必須對其進行處理。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服已有濾波方法的不足，提出一種機載慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)的自適應濾波方法與濾波器，以提高機載INS/GPS系統(tǒng)的導航精度。為此，采用的方案如下。一種機載慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)的自適應卡爾曼濾波方法，包括下列步驟：建立慣性導航系統(tǒng)的誤差模型，作為卡爾曼濾波器的狀態(tài)方程，將慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)的位置差與速度差作為量測量，建立卡爾曼濾波器的量測方程，狀態(tài)方程與量測方程分別如下：其中，狀態(tài)向量為Xk，量測向量為Zk，狀態(tài)矩陣為Φk,k-1，量測矩陣為Hk，Wk-1、Vk分別為零均值的狀態(tài)白噪聲和量測白噪聲，噪聲方差陣分別為Qk-1和Rk；根據(jù)系統(tǒng)特性以及慣性導航系統(tǒng)初始的位置、速度和姿態(tài)信息，初始化狀態(tài)向量X0、量測向量Z0、狀態(tài)矩陣Φk,k-1、量測矩陣Hk、狀態(tài)估計誤差方差陣P0、量測噪聲方差陣Rk與狀態(tài)噪聲方差陣Qk；利用慣性測量單元測量到的相對慣性空間的角速度和加速度信息，進行捷聯(lián)解算，得到慣性導航系統(tǒng)當前時刻的位置、速度和姿態(tài)值；利用慣性導航系統(tǒng)的導航數(shù)據(jù)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)，進行卡爾曼濾波計算，利用濾波估計值校正慣性導航系統(tǒng)的導航數(shù)據(jù)，同時更新Φk,k-1和Hk；計算量測殘差vk和狀態(tài)估計殘差ΔXk，進而估計更新量測噪聲方差陣Rk與狀態(tài)噪聲方差陣Qk，得到估計值設定運算上限M，判斷濾波次數(shù)是否達到，若未達到，返回捷聯(lián)解算的步驟，否則結(jié)束濾波。一種機載慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)的自適應卡爾曼濾波器，包括：方程建立單元，用于建立慣性導航系統(tǒng)的誤差模型，作為卡爾曼濾波器的狀態(tài)方程，將慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)的位置差與速度差作為量測量，建立卡爾曼濾波器的量測方程，狀態(tài)方程與量測方程分別如下：其中，狀態(tài)向量為Xk，量測向量為Zk，狀態(tài)矩陣為Φk,k-1，量測矩陣為Hk，Wk-1、Vk分別為零均值的狀態(tài)白噪聲和量測白噪聲，噪聲方差陣分別為Qk-1和Rk；參數(shù)初始化單元，用于根據(jù)系統(tǒng)特性以及慣性導航系統(tǒng)初始的位置、速度和姿態(tài)信息，初始化狀態(tài)向量X0、量測向量Z0、狀態(tài)矩陣Φk,k-1、量測矩陣Hk、狀態(tài)估計誤差方差陣P0、量測噪聲方差陣Rk與狀態(tài)噪聲方差陣Qk；慣性數(shù)據(jù)求取單元，用于利用慣性測量單元測量到的相對慣性空間的角速度和加速度信息，進行捷聯(lián)解算，得到慣性導航系統(tǒng)當前時刻的位置、...