一种组合导航方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种组合导航方法和系统，其中的方法包括：第一计算单元将第一导航系统的数据和第二导航系统的数据进行信息融合，得到融合后的组合导航数据；B、第二计算单元根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值；对估算得到的各个估计值进行评价，判断各个估计值是否为更准确的参数；根据判断结果将估计值反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正。通过使用本发明专利技术所提供的组合导航方法和系统，可以提高导航精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种组合导航方法和系统
本专利技术涉及导航
，特别涉及一种组合导航方法和系统。
技术介绍
在当前的现有技术中，有卫星导航、惯性导航、地磁导航、地形匹配导航等多种导航方式。由于惯性导航是完全自主的导航方式，而且具有信息相对连续，不易受到干扰，短时间内精度较高等优点，因此，惯性导航在目前的所有导航方式中依然占有重要的地位。捷联惯性导航(SINS)系统是惯性导航中的一种，具有惯性导航的基本特点。但是，捷联惯性导航是一种递推式的计算，其误差将随着时间的增加而迅速增加，不能满足长时间保持一定导航精度的要求。组合导航的出现解决了目前单一导航方式遇到的部分问题。组合导航是将两种或者两种以上的导航方式结合起来使用，达到取长补短的目的。以最常见的卫星导航为例，卫星导航具有全天候、在较大的空间范围内有效、导航精度较高、误差不随时间积累等优点。然而与捷联惯性导航系统相比，卫星导航系统也具有信息更新频率较低、大动态条件下容易失锁、信号容易被干扰等缺点。而将捷联惯性导航与卫星导航组成组合导航系统，则可以实现长时间高精度的自主导航。组合导航系统需要用到信息融合技术。目前的融合方法有卡尔曼滤波、鲁棒滤波、粒子滤波等多种方式。卡尔曼滤波是一种线性最小方差滤波，对于白噪声驱动条件下的线性系统，其滤波值是最优的。但是，卡尔曼滤波需要系统噪声协方差阵和观测噪声协方差阵来分别描述时间更新的精度和观测值的精度。然而，现有技术中的系统噪声协方差阵和观测噪声协方差阵都是根据经验设置，因此导致方差阵的设置不够准确合理，从而影响滤波精度。现有技术中通常采用的是捷联惯性导航和卫星导航的松组合方式，该方法只是对惯性导航的速度位置等变量进行了修正，而并没有考虑陀螺和加速度计的常值漂移和比例项的变化等误差源，这些也是捷联惯性导航误差发散的原因之一；另外，目前的捷联惯性卫星组合导航系统没有对信息进行充分的利用，仅仅是在滤波时刻使用一次后就丢弃。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种组合导航方法和系统，从而可以提高惯导导航精度和优化滤波效果。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种组合导航方法，该方法包括如下所述步骤：A、第一计算单元将第一导航系统的数据和第二导航系统的数据进行信息融合，得到融合后的组合导航数据；B、第二计算单元根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值；对估算得到的各个估计值进行评价，判断各个估计值是否为更准确的参数；根据判断结果将估计值反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正。较佳的，所述第一导航系统为捷联惯性导航系统SINS，第二导航系统为卫星导航系统。较佳的，所述步骤A包括如下的步骤：A1、在第一导航系统的数据中，根据陀螺脉冲数计算角增量，并根据加速度计脉冲数计算速度增量；A2、根据角增量和速度增量计算下一时刻的姿态、速度和位置；A3、根据计算得到的姿态、速度和位置以及第二导航系统的数据，进行组合导航信息融合，得到融合后的组合导航数据；A4、记录每个时刻产生的陀螺脉冲数和加速度计脉冲数，记录捷联惯导系统每次计算得到的速度位置，记录由卫星导航系统获得的每个速度位置，记录滤波值。较佳的，所述根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值包括如下步骤：B1、根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，设置遗传算法需要的初始种群；B2、初始种群中的每个个体根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据进行计算，得到每个个体各自的速度、位置和姿态，同时也得到每个个体滤波后的速度、位置和姿态；B3、对于每个个体，判断该个体是否满足预设条件；如果有至少一个个体满足预设条件，则认为估计成功，则将该个体对应的零次项、一次项、噪声阵反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正；如果存在多个个体满足所有要求，则选择适应度最好的个体；如果没有一个个体满足预设条件，则执行步骤B4；B4、进行遗传操作，生成下一代种群。较佳的，所述步骤B1包括如下的步骤：对系统噪声阵的当前值进行编码；根据历史数据，对陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵中的每个量，均以当前值的1倍为步长，当前值为中间值，产生n个数；所有待估计的陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的n组数组成A矩阵；对A矩阵进行均匀化得到矩阵population，将矩阵population作为遗传算法的初始种群。较佳的，所述步骤B2包括如下的步骤：设置n个估计子单元，将从第二导航系统获得的位置rg记作标准值；取估计子单元同时刻的位置ri与第二导航系统中的位置rg做差，得到位置误差向量δri；对滤波是否收敛进行判断；当滤波收敛时，取稳态部分的位置误差并计算每个时刻的误差2-范数；当滤波发散时，取最后的50个滤波点的位置误差，计算每个时刻的误差2-范数；将所述位置误差2-范数记为δrnij，其中，j＝1,2,…50；求δrnij的平均值和二阶原点矩，分别记为Eri和Sri；将每个估计子单元滤波修正后的惯性系统相关项，代入到各自的惯导递推中，从初始时刻开始计算，直到当前时刻；记得到的当前时刻的位置为ri'，与第二导航系统的位置rg做差并计算误差的2-范数，记为对每个估计子单元，计算其适应度标量fitnessi＝k1δri'+k21Eri+k22Sri；其中，k1、k21、k22是权值，fitnessi是描述第i个估计子单元分配的个体i的适应度标量；将n个个体的适应度标量组成描述种群适应度的适应度向量fitness；将适应度向量中的最小值对应的个体作为适应性最好的个体：Sopt＝min{fitness}。较佳的，所述步骤B4包括如下的步骤：B41、对父代种群population中的个体进行选择得到种群S_population；B42、对种群S_population中的个体进行交叉操作得到种群C_population；B43、对种群C_population中的个体进行变异操作得到子代种群N_population。较佳的，所述步骤B41包括：设置最优个体有30％的概率被选择到下一代，次优个体有20％的概率被选择到下一代，适应性第三的个体有15％的概率到下一代，适应性第四的个体有10％的概率到下一代，剩余个体有25％的概率到下一代；产生n个0～1之间的随机数，进行n次选择，对每次选择，如果随机数在0～0.3之间，则选择最优个体；如果随机数在0.3～0.5之间，则选择次优个体，依次类推；如果随机数在0.75～1之间，则从剩余个体中随机的选择一个个体遗传到下一代。较佳的，所述步骤B42包括：预先设置交叉点个数c_num，交叉概率Pc；将交叉概率乘个体数，然后取整，得到进行交叉的个体数目cross_num；随机地从种群S_population中选取cross_num个个体，随机地确定c_num个交叉点，个体之间两两交叉；对每个交叉点，具体交叉方式为：其中a和b是初始值，a'和b'是交叉后得到的值，α和β是0～1之间的随机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合导航方法，其特征在于，该方法包括如下所述步骤：A、第一计算单元将第一导航系统的数据和第二导航系统的数据进行信息融合，得到融合后的组合导航数据；B、第二计算单元根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值；对估算得到的各个估计值进行评价，判断各个估计值是否为更准确的参数；根据判断结果将估计值反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正。

【技术特征摘要】
1.一种组合导航方法，其特征在于，该方法包括如下所述步骤：A、第一计算单元将第一导航系统的数据和第二导航系统的数据进行信息融合，得到融合后的组合导航数据；B、第二计算单元根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值；对估算得到的各个估计值进行评价，判断各个估计值是否为更准确的参数；根据判断结果将估计值反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一导航系统为捷联惯性导航系统，第二导航系统为卫星导航系统。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括如下的步骤：A1、在第一导航系统的数据中，根据陀螺脉冲数计算角增量，并根据加速度计脉冲数计算速度增量；A2、根据角增量和速度增量计算下一时刻的姿态、速度和位置；A3、根据计算得到的姿态、速度和位置以及第二导航系统的数据，进行组合导航信息融合，得到融合后的组合导航数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值包括如下步骤：B1、根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，设置遗传算法需要的初始种群；B2、初始种群中的每个个体根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据进行计算，得到每个个体各自的速度、位置和姿态，同时也得到每个个体滤波后的速度、位置和姿态；B3、对于每个个体，判断该个体是否满足预设条件；如果有至少一个个体满足预设条件，则认为估计成功，则将该个体对应的零次项、一次项、噪声阵反馈给第一计算单元，对相应的参数进行修正；如果存在多个个体满足所有要求，则选择适应度最好的个体；如果没有一个个体满足预设条件，则执行步骤B4；B4、进行遗传操作，生成下一代种群。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一导航系统为捷联惯性导航系统；第二导航系统为地磁组合导航系统或景象匹配组合导航系统。6.一种组合导航系统，其特征在于，该系统包括：第一计算单元和第二计算单元；所述第一计算单元，用于将第一导航系统的数据和第二导航系统的数据进行信息融合，得到融合后的组合导航数据；所述第二计算单元，用于根据记录的第一导航系统的历史数据和第二导航系统的历史数据，估算得到陀螺常值项和比例项、加速度计常值项和比例项、滤波所用的系统噪声阵和观测噪声阵的估计值；对估算得到的各个估计值进行评价，判断各个估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建强，叶松，张义，高晓颖，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11