粒子濾波方法在捷聯(lián)慣性系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用研究.pdf

1、初始對(duì)準(zhǔn)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。初始對(duì)準(zhǔn)精度和初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間是初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的兩個(gè)重要指標(biāo)，它們將直接影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。濾波技術(shù)在初始對(duì)準(zhǔn)中具有極其重要的作用，好的濾波效果可以挖掘系統(tǒng)的性能，對(duì)系統(tǒng)精度具有至關(guān)重要的作用。
　　 在初始失準(zhǔn)角為小角度的情況下，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型可以簡(jiǎn)化為線性模型，一般用卡爾曼濾波(KF)方法進(jìn)行處理。實(shí)際的慣性系統(tǒng)特別是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的慣性系統(tǒng)，其誤差模型呈現(xiàn)非線性，處理非線性系

2、統(tǒng)一般采用擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)，但EKF的本質(zhì)是將非線性方程線性化，這將導(dǎo)致濾波估計(jì)的不準(zhǔn)確，影響估計(jì)的精度，而且當(dāng)模型為高度非線性時(shí)，EKF容易發(fā)散。Unscented卡爾曼濾波(UKF)基于Unscented變換原理，對(duì)于任何非線性系統(tǒng)的估計(jì)精度可以達(dá)到泰勒級(jí)數(shù)的二階，但是UKF在遞推過(guò)程中，有些情況下會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)協(xié)方差陣逐漸失去正定性，從而導(dǎo)致計(jì)算發(fā)散，而粒子濾波(PF)是通過(guò)非參數(shù)化的蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬方法

3、實(shí)現(xiàn)遞推貝葉斯估計(jì)的濾波方法，該方法可以應(yīng)用于任何動(dòng)態(tài)狀態(tài)空間模型，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型、狀態(tài)變量的概率分布及模型階數(shù)均具有良好的魯棒性，受濾波初始誤差的影響小，收斂速度快。本文選用PF作為主要研究?jī)?nèi)容，將其應(yīng)用于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)中，以提高初始對(duì)準(zhǔn)的精度和快速性，本文主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　 (1)闡述了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，詳細(xì)推導(dǎo)了慣性傳感器誤差模型，速度誤差方程，姿態(tài)誤差方程和位置誤差方程。

4、>　　 (2)系統(tǒng)地分析了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中各種非線性濾波方法。介紹了EKF和UKF濾波方法，建立系統(tǒng)誤差模型，推導(dǎo)濾波方程。分析上述濾波方法的缺陷及使用范圍，在此基礎(chǔ)上，從蒙特卡羅方法、遞推貝葉斯估計(jì)方法、序貫重要性采樣等方面，詳盡敘述了PF濾波方法。針對(duì)PF存在的退化問(wèn)題，從適當(dāng)選取重要性函數(shù)和進(jìn)行重采樣兩方面給出解決辦法，如將傳統(tǒng)的非線性濾波算法(EKF/UKF)引入到PF之中，通過(guò)結(jié)合最新的觀測(cè)值得到更好的重要密度函數(shù)，可在一

5、定程度上提高PF的狀態(tài)估計(jì)精度，選用殘差重采樣方法進(jìn)行重采樣，在此基礎(chǔ)上給出PF濾波算法及EPF、UPF濾波算法。
　　 (3) PF在捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用。針對(duì)建立的線性、非線性誤差模型，在載體機(jī)動(dòng)時(shí)，比較了KF，EKF，UKF，PF和UPF在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)中的效果，并進(jìn)行了PF的半物理仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明PF相對(duì)于EKF，UKF，具有更高的對(duì)準(zhǔn)精度和更快的收斂速度，并且PF的半物理仿真試驗(yàn)也說(shuō)明PF是一