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针对大失准角条件下捷联惯导系统误差模型的非线性引起的初始对准误差问题,引入了粒子滤波技术。首先,利用加性四元数误差建立了大失准角条件下的系统误差模型。然后,将无迹变换算法和迭代算法引入粒子滤波方法中,提出了迭代无迹粒子滤波算法。并且,为了解决迭代无迹粒子滤波算法中由于粒子数量所导致的算法精度和算法实时性的矛盾,采用采样重要性重采样的方法对迭代无迹粒子滤波算法进行修正,提出了一种既具有迭代无迹粒子滤波精度又计算量较小的新的非线性滤波算法。最后,进行了半物理仿真和数字仿真,比较了经典粒子滤波、无迹粒子滤波和修
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第 40卷第 4期
2010年 7月
东 南 大 学 学 报
(自 然 科 学 版 )
JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)
Vol.40 No.4
July2010
doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.04.019
捷联惯导系统初始对准中 IUPF的应用与设计
王 宇 程向红 吴 峻
(东南大学仪器科学与工程学院,南京 210096)
摘要:针对大失准角条件下捷联惯导系统误差模型的非线性引起的初始对准误差问题,引入了
粒子滤波技术.首先,利用加性四元数误差建立了大失准角条件下的系统误差模型.然后,将无迹
变换算法和迭代算法引入粒子滤波方法中,提出了迭代无迹粒子滤波算法.并且,为了解决迭代
无迹粒子滤波算法中由于粒子数量所导致的算法精度和算法实时性的矛盾,采用采样重要性重
采样的方法对迭代无迹粒子滤波算法进行修正,提出了一种既具有迭代无迹粒子滤波精度又计
算量较小的新的非线性滤波算法.最后,进行了半物理仿真和数字仿真,比较了经典粒子滤波、无
迹粒子滤波和修正后的迭代无迹粒子滤波等多种方案的滤波效果.仿真结果表明,在大失准角条
件下,采用修正后的迭代无迹粒子滤波方法可以有效提高初始对准精度和算法的实时性.
关键词:捷联惯导系统;初始对准;加性四元数误差;迭代无迹粒子滤波
中图分类号:U6661 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)04076006
Applicationanddesignofiterativeunscentedparticlefilter
forinitialalignmentofSINS
WangYu ChengXianghong WuJun
(SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)
Abstract:Theparticlefilteringisintroducedtodealwiththeinitialalignmenterror,whichiscaused
bythenonlinearmodelofstrapdowninertialnavigationsystem(SINS)withlargemisalignment
angle.Firstly,onthebasisofadditionalquaternionerror,theerrormodelofSINSisbuiltup.
Secondly,theiterativeunscentedparticlefilter(IUPF)basedonunscentedtransformation(UT),
iterativefilteringandparticlefilteringisconstructed.Inordertosolvethecontradictionofprecision
andrealtimecausedbytheparticlequantityofIUPF,theideaofsamplingimportanceresampling
(SIR)isappliedtoimproveIUPF.ThecorrectedIUPFhasnotonlythesameaccuracyastheIUPF
butalsolowercomputationalcostthantheIUPF.Finally,someschemesofinitialalignmentby
respectivelyusingaparticalfilter,aunscentedparticlefilter,acorrectedIUPFandsoonare
compared.Thesimulationresultsindicatethattheprecisionandrealtimeofinitialalignmentcanbe
improvedbythecorrectedIUPFunderlargemisalignmentangle.
Keywords:strapdowninertialnavigationsystem(SINS);initialalignment;additionalquaternion
error;iterativeunscentedparticlefilter(IUPF
)
收稿日期:20100308. 作者简介:王宇(1978—),男,博士;程向红(联系人),女,博士,教授,博士生导师,xhcheng@seu.edu.cn.
基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重点资助项目(2008BAJ11B02)、江苏省博士后科研资助项目(0902012C).
引文格式:王宇,程向红,吴峻.捷联惯导系统初始对准中 IUPF的应用与设计[J].东南大学学报:自然科学版,2010,40(4):
760 765.
[doi:10.3969/j.issn.1001-0505.2010.04.019]
初始对准技术是捷联惯导系统关键技术之一.
通常所用的线性误差方程都是假定失准角为小角
度的前提下得到的,当失准角较大时,这些小干扰
方程已经不能准确地描述惯导系统的误差传播特
性.Dmitriyev等
[1]
提出采用欧拉角描述平台坐标
系与导航坐标系间的不对准角,推导了适用于平台
式惯导系统的非线性误差方程,并用分段线性化的
方法将非线性误差方程线性化,再采用线性滤波的
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