粒子濾波方法在捷聯(lián)慣性系統(tǒng)初始對準中的應用研究.pdf

1、初始對準是慣性導航系統(tǒng)的關鍵技術之一。初始對準精度和初始對準時間是初始對準過程中的兩個重要指標，它們將直接影響慣性導航系統(tǒng)的性能。濾波技術在初始對準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，對系統(tǒng)精度具有至關重要的作用。
　　 在初始失準角為小角度的情況下，捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的誤差模型可以簡化為線性模型，一般用卡爾曼濾波(KF)方法進行處理。實際的慣性系統(tǒng)特別是在動態(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)一般采用擴展卡爾曼濾波(EKF)，但EKF的本質是將非線性方程線性化，這將導致濾波估計的不準確，影響估計的精度，而且當模型為高度非線性時，EKF容易發(fā)散。Unscented卡爾曼濾波(UKF)基于Unscented變換原理，對于任何非線性系統(tǒng)的估計精度可以達到泰勒級數的二階，但是UKF在遞推過程中，有些情況下會出現(xiàn)狀態(tài)協(xié)方差陣逐漸失去正定性，從而導致計算發(fā)散，而粒子濾波(PF)是通過非參數化的蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬方法

3、實現(xiàn)遞推貝葉斯估計的濾波方法，該方法可以應用于任何動態(tài)狀態(tài)空間模型，對系統(tǒng)的動態(tài)模型、狀態(tài)變量的概率分布及模型階數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作為主要研究內容，將其應用于捷聯(lián)慣導系統(tǒng)動基座初始對準中，以提高初始對準的精度和快速性，本文主要包含以下幾個方面的內容：
　　 (1)闡述了捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差產生的原因，詳細推導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，推導濾波方程。分析上述濾波方法的缺陷及使用范圍，在此基礎上，從蒙特卡羅方法、遞推貝葉斯估計方法、序貫重要性采樣等方面，詳盡敘述了PF濾波方法。針對PF存在的退化問題，從適當選取重要性函數和進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，通過結合最新的觀測值得到更好的重要密度函數，可在一

5、定程度上提高PF的狀態(tài)估計精度，選用殘差重采樣方法進行重采樣，在此基礎上給出PF濾波算法及EPF、UPF濾波算法。
　　 (3) PF在捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)動基座初始對準中的應用。針對建立的線性、非線性誤差模型，在載體機動時，比較了KF，EKF，UKF，PF和UPF在捷聯(lián)慣導系統(tǒng)初始對準中的效果，并進行了PF的半物理仿真試驗，結果表明PF相對于EKF，UKF，具有更高的對準精度和更快的收斂速度，并且PF的半物理仿真試驗也說明PF是一