一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法技术

本发明专利技术提供了一种关于采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法。其采用SiA200 MEMS加速度传感器，测量载体加速度并两次积分得到惯性高度信息；采用FYC

【技术实现步骤摘要】
一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法


[0001]本专利技术涉及车辆，运动体以及无人飞行器的高精度高度测量领域，具体而言，涉及一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的设计方法。

技术介绍

[0002]精确的高度信息测量获取对无人飞行器以及飞艇、汽车等在导航与运动控制领域均至关重要，目前高度测量中，GPS测量以其速度快、精度高和不受通视条件、边长限制等优点，广泛应用于地壳变形、海洋面变化等监测，运动体控制等，但GPS测量往往存在较大的随机误差，而且容易干扰或者受信号稳定性的影响。无线电高度表具有测量精准的优点，但其测量范围有效，最佳工作区域处于低空。惯性测高具有完全自主抗干扰能力好的优点，但其缺点在于其误差随着时间累积而越来越大。因此如何结合上述三种测量装置的优点，对三种测量装置的信息进行深度的融合，使得测量高度在不同高度不同场所都能够稳定的进行高度输出，而且测量的精度能够具有足够的保证，不随时间累积而发散，这是非常有价值的一个研究方向。基于上述
技术介绍
，本专利技术提出了一种对GPS与无线电高度进行卡尔曼滤波再结合惯性测量高度两次修正组成组合测高的方法，具有很高的精度与稳定度，从而也具有较高的工程应用价值。
[0003]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信号仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信号。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的单一高度测量精度不高、可靠性不高的问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S10，在载体上安装SiA200 MEMS加速度传感器，并进行积分得到惯性速度与惯性高度；在载体上安装GPS接收器，测量载体GPS高度；在载体上安装无线电高度表，测量载体的无线电高度。
[0007]步骤S20，设计自适应低通滤波器，将所述的GPS高度数据，通过自适应低通滤波器，得到GPS高度低滤信号；再将无线电高度数据通过自适应低通滤波器，得到无线电高度低滤信号。
[0008]步骤S30，将GPS高度低滤信号与无线电高度低滤信号进行组合卡尔曼滤波，得到GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号；并求GPS高度低滤信号与无线电高度低滤信号的误差，根据误差及其非线性积分设计卡尔曼滤波的GPS无线电前验方差与GPS无线电观测方差，对卡尔曼滤波器进行动态调节。
[0009]步骤S40，将GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号与惯性高度对比，得到组合高度
误差信号，并叠加加速度信号进行非线性积分，得到惯性速度校正信号，然后叠加组合高度误差信号，进行积分得到惯性高度校正信号。
[0010]步骤S50，将惯性高度校正信号与GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号进行对比，得到校正高度误差信号，同时叠加惯性速度信号，进行积分，得到二次组合高度信号，并与GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号进行对比，得到二次组合高度误差信号，叠加惯性速度并进行非线性积分，对二次组合高度进行再次修正，得到二次组合修正高度信号，为最终输出的高度测量信号。
[0011]在本专利技术的一种示例实施例中，在载体上安装SiA200 MEMS加速度传感器，并进行积分得到惯性速度与惯性高度；在载体上安装GPS接收器，测量载体GPS高度；在载体上安装无线电高度表，测量载体的无线电高度包括：
[0012]v＝∫adt；
[0013]h＝∫vdt；
[0014]其中a(n)对应的是时间t＝n*ΔT时刻采用SiA200 MEMS加速度传感器测量的载体加速度信号，简写为a，其中ΔT为数据的输出采样周期，dt表示对时间信号的积分，v为惯性速度信号，h为惯性高度信号。在载体上安装FYC
‑
LG24
‑
800型无线电高度表，测量载体高度，记作y2，称为无线电高度信号，然后按照加速度计的数据间隔周期ΔT，将高度数据进行离散化，得到数据y2(n)，其中n＝1,2,3
…
，对应的是时间t＝n*ΔT时刻的无线电高度信号数据，其中ΔT为数据的输出采样周期。在载体上安装GPS接收器，测量载体GPS高度，记作y1，称作GPS高度信息，然后按照加速度计的数据间隔周期ΔT，将高度数据进行离散化，得到数据y1(n)，其中n＝1,2,3
…
，对应的是时间t＝n*ΔT时刻的GPS高度信号数据，其中ΔT为数据的输出采样周期。
[0015]在本专利技术的一种示例实施例中，设计自适应低通滤波器，将所述的GPS高度数据，通过自适应低通滤波器，得到GPS高度低滤信号包括：
[0016][0017][0018]e
h1
(n)＝y1(n)
‑
y
1l
(n)；
[0019][0020][0021]其中y
11
(n+1)为GPS高度一阶微分信号；y
1l1
(n+1)为GPS高度低滤一阶微分信号，y
1l
(n+1)为GPS高度低滤信号；e
h1
(n)为GPS高度误差信号；为GPS自适应低通滤波时间参数；k1、k2、ε1、ε2、ε3为常值参数，详见后文案例实施。
[0022]在本专利技术的一种示例实施例中，将无线电高度数据通过自适应低通滤波器，得到无线电高度低滤信号包括：
[0023][0024][0025]e
h2
(n)＝y2(n)
‑
y
2l
(n)；
[0026][0027][0028]其中y
21
(n+1)为无线电高度一阶微分信号；y
2l1
(n+1)为无线电高度低滤一阶微分信号，y
2l
(n+1)为无线电高度低滤信号；e
h2
(n)为无线电高度误差信号；为无线电自适应低通滤波参数；k3、k4为常值参数，详见后文案例实施。
[0029]在本专利技术的一种示例实施例中，将GPS高度低滤信号与无线电高度低滤信号进行组合卡尔曼滤波，得到GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号包括：
[0030][0031]p
11
(n)＝p1(n
‑
1)+Q
11
；
[0032]b1(n)＝p
11
(n)
·
[p
11
(n)+R
11
]‑1；
[0033]y
wgk
(n)＝y
1l
(n)+b1(n)
·
[y
2l
(n)
‑
y
1l
(n)]；
[0034]其中y
wgk
(n)为GPS无线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用GPS与无线电高度表惯性组合修正测高的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，在载体上安装SiA200 MEMS加速度传感器，并进行积分得到惯性速度与惯性高度；在载体上安装GPS接收器，测量载体GPS高度；在载体上安装无线电高度表，测量载体的无线电高度如下：v＝∫adt；h＝∫vdt；其中a(n)对应的是时间t＝n*ΔT时刻采用SiA200 MEMS加速度传感器测量的载体加速度信号，简写为a，其中ΔT为数据的输出采样周期，dt表示对时间信号的积分，v为惯性速度信号，h为惯性高度信号；在载体上安装FYC
‑
LG24
‑
800型无线电高度表，测量载体高度，记作y2，称为无线电高度信号，然后按照加速度计的数据间隔周期ΔT，将高度数据进行离散化，得到数据y2(n)，其中n＝1,2,3
…
，对应的是时间t＝n*ΔT时刻的无线电高度信号数据；在载体上安装GPS接收器，测量载体GPS高度，记作y1，称作GPS高度信息，然后按照加速度计的数据间隔周期ΔT，将高度数据进行离散化，得到数据y1(n)，其中n＝1,2,3
…
，对应的是时间t＝n*ΔT时刻的GPS高度信号数据；步骤S20，设计自适应低通滤波器，将所述的GPS高度数据，通过自适应低通滤波器，得到GPS高度低滤信号；再将无线电高度数据通过自适应低通滤波器，得到无线电高度低滤信号如下：号如下：e
h1
(n)＝y1(n)
‑
y
1l
(n)；(n)；(n)；(n)；e
h2
(n)＝y2(n)
‑
y
2l
(n)；(n)；
其中y
11
(n+1)为GPS高度一阶微分信号；y
1l1
(n+1)为GPS高度低滤一阶微分信号，y
1l
(n+1)为GPS高度低滤信号；e
h1
(n)为GPS高度误差信号；为GPS自适应低通滤波时间参数；k1、k2、k3、k4、ε1、ε2、ε3为常值参数；y
21
(n+1)为无线电高度一阶微分信号；y
2l1
(n+1)为无线电高度低滤一阶微分信号，y
2l
(n+1)为无线电高度低滤信号；e
h2
(n)为无线电高度误差信号；为无线电自适应低通滤波参数；步骤S30，将GPS高度低滤信号与无线电高度低滤信号进行组合卡尔曼滤波，得到GPS无线电组合卡尔曼滤波高度信号；并求GPS高度低滤信号与无线电高度低滤信号的误差，根据误差及其非线性积分设计卡尔曼滤波的GPS无线电前验方差与GPS无线电观测方差，对卡尔曼滤波器进行动态调节如下：p
11
(n)＝p1(n
‑
1)+Q
11
；b1(n)＝p
11
(n)
·
[p
11
(n)+R
11
]

【专利技术属性】
技术研发人员：王保录，孙俊峰，安连友，郭晓磊，崔昺祎，
申请(专利权)人：郑州蒂德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：