一种飞行器位置信号融合滤波方法技术

本发明专利技术公开一种飞行器位置信号融合滤波方法，包括：采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集惯性测量单元输出的车辆体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息，并对GPS输出的东向和北向速度信息进行滑动中位滤波；采集GPS输出的经、纬度位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合上述得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行滑动中位滤波；利用上述得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息以及上述得到的经滑动中位滤波后的位置信息对IMU输出的飞行器机体轴系下的加速度信息进行融合校正，将校正后的机体坐标系下的加速度转换到惯性坐标系下并对其进行二次积分。本发明专利技术可以获得可靠的飞行器位置信息。

A Fusion Filtering Method for Aircraft Position Signal

The invention discloses a fusion filtering method for aircraft position signal, which includes acquiring East and North velocity information from GPS, acquiring acceleration information under vehicle body shafting output from inertial measurement unit and magnetic heading angle information output from magnetometer, and sliding median filtering for East and North velocity information output from GPS, acquiring longitude and latitude position information from GPS, etc. The position information of GPS output is filtered by sliding median filtering, which combines the ground velocity information of GPS output with the East and North velocity information obtained above, and the East and North velocity information obtained by sliding median filtering and the position information obtained by sliding median filtering are used to add to the airframe shafting of IMU output. Velocity information is fused and corrected, and the acceleration in the corrected body coordinate system is converted to the inertial coordinate system and quadratic integration is carried out. The present invention can obtain reliable aircraft position information.

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器位置信号融合滤波方法
本专利技术属于飞行器导航
，尤其是一种飞行器位置信号融合滤波方法。
技术介绍
飞行器要实现自主着陆、自动轨迹跟踪等飞行任务需要可靠的位置信号。目前飞行器的位置信号主要通过GPS接收机来接收导航卫星发送的用经纬度表示的位置信号。但当卫星信号受到外部干扰，或GPS接收机处于信号较弱的区域时，经纬度信息会出现较大的偏移或滞后，从而无法获得准确的飞行器位置信号。
技术实现思路
1、本专利技术的目的为克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种飞行器位置信号融合滤波方法，将GPS信号和加速度积分这两种信息源进行融合滤波，从而获得更加可靠的飞行位置信息。2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种飞行器位置信号融合滤波方法，它包括以下步骤：步骤1，采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集IMU输出的飞行器机体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息并对GPS输出的东向和北向速度信息进行滑动中位滤波；步骤2，采集GPS输出的位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合所述步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行滑动中位滤波；步骤3，利用所述步骤2得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向加速度信息进行融合校正。对校正后的加速度信号进行二次积分得到最终的位置增量信息。进一步地，步骤1中的滑动中位滤波包括以下步骤：步骤11，采集当前时刻的GPS输出的东向和北向速度信息，并与上一时刻的GPS输出的东向和北向速度信息相减，得到速度的增量，用速度的增量除以时间间隔t得到东向和北向加速度信号源1；步骤12，采集IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息，采集磁力计输出的磁航向角信息，通过磁航向角信息将飞行器机体轴系下的加速度信息进行坐标系转换，得到东向和北向加速度信号源2；步骤13，将加速度信号源1和加速度信号源2加权平均后得值按照时间顺序放入一个包含奇数个元素的数组当中，并按先进先出的规则实时进行替换，对该数组中的元素按数值大小重新排列，取奇数数组的中间值作为最终的东向和北向加速度信号。进一步地，步骤2中的滑动中位滤波包括以下步骤：步骤21，记录一次最初的GPS经纬度信息，并实时采集当前时刻的GPS输出的经纬度信息，并与上一时刻的GPS输出的经纬度信息相减，得到位置信息的增量，用位置的增量除以时间间隔t得到东向和北向速度信号源1；步骤22，将步骤13得到的滑动中值滤波后的加速度信息乘以时间间隔t得到速度信息增量，并与GPS输出的东向和北向速度信息相加得到东向和北向速度信号源2；步骤23，将速度信号源1和速度信号源2加权平均后得值按照时间顺序放入一个包含奇数个元素的数组当中，并按先进先出的规则实时进行替换，对该数组中的元素按数值大小重新排列，取奇数数组的中间值作为最终的东向和北向速度信号。进一步地，步骤3中的融合校正包括以下步骤：步骤31，将所述步骤23得到的滑动中位滤波速度信息乘以时间间隔t和相应的权重系数，加上步骤13得到的滑动中位滤波加速度信息，得到加速度的修正值；步骤32，将该修正值与经磁航向角信息转换的东向和北向加速度信息相加，得到校正后的加速度值；步骤33，将该加速度值对时间进行二次积分，得到融合后的东向和北向位置增量信息，并与最初的GPS经纬度信息相加得到最终位置信号。3、本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过滑动中位滤波来对利用GPS速度和位置信息构造的加速度和速度信号进行滤波，避免了GPS信号跳变造成的瞬时加速度或速度信号畸变的影响。(2)本专利技术利用修正后的加速度信号积分得到位置信号，使得在位置信号平稳时滤波信号逐渐趋近于GPS位置信息，而当GPS信号质量下降时，由于修正量的作用可在一定时间内弥补GPS位置信息的偏差。本专利技术运动状态下GPS经纬度偏差小于2.5m，静止状态下经纬度偏差小于1.5m。附图说明图1为本专利技术一实施例的飞行器位置信号融合滤波方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本实施例提出的一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤1，获取t1时刻的GPS输出的东向速度Ve_t1和北向速度Vn_t1并保存，再获取t2时刻的GPS输出的东向速度Ve_t2和北向速度Vn_t2，dt为t1与t2之间的时间间隔,则东向和北向加速度信号源1由下式给出：Acc_n_1＝(Vn_t1-Vn_t2)/dt；Acc_e_1＝(Ve_t1-Ve_t2)/dt；北向和东向加速度信号源2由下式给出：Acc_n_2＝Acc_x*sin(Φ)-Acc_y*cos(Φ)；Acc_e_2＝Acc_x*cos(Φ)+Acc_y*sin(Φ)；其中：Acc_x和Acc_y为IMU获取的旋翼飞行器机体轴系下的加速度值，Φ为磁力计获取的磁航向角。构造如下包含奇数个元素的数组：NUM_An＝{Acc_n(t1),Acc_n(t2),…,Acc_n(tn)}；n>5的奇数NUM_Ae＝{Acc_e(t1),Acc_e(t2),…,Acc_e(tn)}；n>5的奇数Acc_n(tn)＝k1*Acc_n_1+k2*Acc_n_2表示tn时刻的北向加速度信号源1和信号源2的加权平均；Acc_e(tn)＝k3*Acc_e_1+k4*Acc_e_2表示tn时刻的西向加速度信号源1和信号源2的加权平均；k1,k2,k3,k4为权重系数。则东北向加速度Acc_e、Acc_n的滑动中位滤波值为：Acc_e:对数组NUM_Ae按数值大小重新排列的中间元素；Acc_n:对数组NUM_An按数值大小重新排列的中间元素；步骤2，记录初始GPS经纬度值Lat_o、Lon_o，获取t1时刻的GPS输出的纬度Lat_t1和经度Lon_t1，获取t2时刻的GPS输出的纬度Lat_t2和经度Lon_t2，则东向和西向速度信号源1由下式给出：Vn_1＝(Lat_t1-Lat_t2)/dt；Ve_1＝(Lon_t1-Lon_t2)/dt；北向和东向加速度信号源2由下式给出：Vn_2＝Vd*sin(Φ)+Acc_e*dt；Ve_2＝Vd*cos(Φ)+Acc_n*dt；其中：dt为t1与t2之间的时间间隔；Vd是由GPS获取的地面速度，Φ为磁力计获取的磁航向角。构造如下包含奇数个元素的数组：NUM_Vn＝{Vn(t1),Vn(t2),…,Vn(tm)}；m>5的奇数NUM_Ve＝{Ve(t1),Ve(t2),…,Ve(tm)}；m>5的奇数V_n(tm)＝k5*Vn_1+k6*Vn_2表示tn时刻的北向速度信号源1和信号源2的加权平均；V_e(tn)＝k7*Ve_1+k8*Ve_2表示tn时刻的西向速度信号源1和信号源2的加权平均；k5,k6,k7,k8为权重系数。则东北向速度V_e、V_n的滑动中位滤波值为：V_e:对数组NUM_Ve按数值大小重新排列的中间元素；V_n:对数组NUM_Vn按数值大小重新排列的中间元素；步骤3，对校正后的加速度进行积分，得到最终的融合滤波位置偏移量Pos_e_f，Pos_n_f可由下式表示：Pos_e_f＝∫∫(Acc_e+Ve*k9*△t)*△t；Pos本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集IMU输出的飞行器机体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息并对GPS输出的东向和北向速度信息进行滑动中位滤波；步骤2，采集GPS输出的位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合所述步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行滑动中位滤波；步骤3，利用所述步骤2得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向加速度信息进行融合校正；对校正后的加速度信号进行二次积分得到最终的位置增量信息。

【技术特征摘要】
1.一种飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集IMU输出的飞行器机体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息并对GPS输出的东向和北向速度信息进行滑动中位滤波；步骤2，采集GPS输出的位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合所述步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行滑动中位滤波；步骤3，利用所述步骤2得到的经滑动中位滤波后的东向和北向速度信息对步骤1得到的经滑动中位滤波后的东向和北向加速度信息进行融合校正；对校正后的加速度信号进行二次积分得到最终的位置增量信息。2.根据权利要求1所述的飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，所述步骤1中的滑动中位滤波包括以下步骤：步骤11，采集当前时刻的GPS输出的东向和北向速度信息，并与上一时刻的GPS输出的东向和北向速度信息相减，得到速度的增量，用速度的增量除以时间间隔t得到东向和北向加速度信号源1；步骤12，采集IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息，采集磁力计输出的磁航向角信息，通过磁航向角信息将飞行器机体轴系下的加速度信息进行坐标系转换，得到东向和北向加速度信号源2；步骤13，将加速度信号源1和加速度信号源2加权平均后得值按照时间顺序放入一个包含奇数个元素的数组当中，并按先进先出的规则实时进行替换，对该数组中的元素按数值大小重新排列，取奇数数组的中间值作为最终的东向和北向加速度信号。3.根据权利要求1所述的飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，所述步骤2中的滑动中位滤波包括以下步骤：步骤21，记录一次最初的GPS经纬度信息，并实时采集当前时刻的GPS输出的经纬度信息，并与上一时刻的GPS输出的经纬度信息相减，得到位置信息的增量，用位置的增量除以时间间隔t得到东向和北向速度信号源1；步骤22，将步骤13得到的滑动中值滤波后的加速度信息乘以时间间隔t得到速度信息增量，并与GPS输出的东向和北向速度信息相加得到东向和北向速度信号源2；步骤23，将速度信号源1和速度信号源2加权平均后的值按照时间顺序放入一个包含奇数个元素的数组当中，并按先进先出的规则实时进行替换，对该数组中的元素按数值大小重新排列，取奇数数组的中间值作为最终的东向和北向速度信号。4.根据权利要求1所述的飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，所述步骤3中的融合校正包括以下步骤：步骤31，将所述步骤23得到的滑动中位滤波速度信息乘以时间间隔t和相应的权重系数，加上步骤13得到的滑动中位滤波加速度信息，得到加速度的修正值；步骤32，将该修正值与经磁航向角信息转换的东向和北向加速度信息相加，得到校正后的加速度值；步骤33，将该加速度值对时间进行二次积分，得到融合后的东向和北向位置增量信息，并与最初的GPS经纬度信息相加得到最终位置信号。5.根据权利要求2所述的飞行器位置信号融合滤波方法，其特征在于，所述的步骤11中，东向和北向加速度信号源1由下式给出：Acc_n_1＝(Vn_t1-Vn_t2)/dt；Acc_e_1＝(Ve_t1-Ve_t2)/dt；其中，t1时刻的GPS输出的东向速度为Ve_t1，北向速度为Vn_t1；t2时刻的GPS输出的东...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艺，姚雪莲，贝绍轶，张焱，杭卫星，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32