綜合船橋多源導(dǎo)航信息融合技術(shù)研究
韓劍輝112，許鎮(zhèn)琳1，舒東亮2
（1天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，天津300072,2天津航海儀器研究所，天津300131）
摘 要：在配備了捷聯(lián)慣導(dǎo)、cps、北斗、計程儀和羅蘭c等多個導(dǎo)航設(shè)備的綜合船橋?qū)Ш较到y(tǒng)中，針對常規(guī)的無重置聯(lián)邦濾波器長時間導(dǎo)航會引起導(dǎo)航精度降低和濾波器發(fā)散的問題，以廈實際應(yīng)用中卡爾曼濾波對系統(tǒng)噪聲和量測噪聲統(tǒng)計特性要求的局限性，采用了局部反饋校正的無重置聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)，設(shè)計了基于日。濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器，并將其應(yīng)用于綜合船橋多源導(dǎo)航信息融合系統(tǒng)中。仿真分析表明，基于h。濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器對航向角和位置的估計精度都高于常規(guī)的無重置聯(lián)邦濾波器，具有更好的實際應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：綜合船橋；h；濾波；信息融合；聯(lián)邦濾波
中圖分類號：tp 273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼；a
1引言
當(dāng)前船舶導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)從單純提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)發(fā)展到通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息融合技術(shù)提供多樣化的導(dǎo)航模式和控制功能，形成了船舶導(dǎo)航與駕控功能一體化的綜合船橋系統(tǒng)。
目前各種導(dǎo)航定位設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展已基本趨于穩(wěn)定，很難大幅度地提高某種單一導(dǎo)航定位設(shè)備的精度。而采用多傳感器信息融合技術(shù)取長補短綜合發(fā)揮各種導(dǎo)航設(shè)備特點，可提高導(dǎo)航系統(tǒng)的整體精度和可靠性，效果十分明顯。
目前廣泛采用集中卡爾曼濾波器或基于卡爾曼濾波的聯(lián)邦濾波器來進(jìn)行信息的融合處理，前者存在著實時性和容錯性差的問題，后者為了保證良好的容錯性能而不對各子系統(tǒng)進(jìn)行校正從而損失了系統(tǒng)的精度。本文采用局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器結(jié)構(gòu)，同時將h∞濾波應(yīng)用于其中，構(gòu)成基于h∞濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器，該濾波器保持了系統(tǒng)容錯性，同時具有更高的精度和更好的魯棒性。
2基于h∞濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器結(jié)構(gòu)
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)( sins)較高的性價比，可作為船舶的基本導(dǎo)航系統(tǒng)；同時配備cps、北斗(bd)、多普勒計程儀( dvs)和羅蘭c(loran c)等導(dǎo)航儀器作為輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，構(gòu)成滴足航行要求的高性價比船舶導(dǎo)航系統(tǒng)。
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)( sins) 可以看作是由捷聯(lián)慣性測量組件(imu)和導(dǎo)航解算單元(nc)構(gòu)成的�；趆∞濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器將h∞與nc視為sins的2個分立組成部分，整個濾波器中有一個捷聯(lián)慣性測量組件和若干個導(dǎo)航解算單元，并且將捷聯(lián)慣性測量單元作為公共參考系統(tǒng)。每一個導(dǎo)航子系統(tǒng)的輸出分別與一個導(dǎo)航解算單元相應(yīng)的輸出一起構(gòu)成子濾波器的量測，每個子濾波器的h∞濾波運算獨立地并行運行，并且每個子濾波器都采用反饋校正方式對各自導(dǎo)航解算單元的誤差進(jìn)行修正。各個分立的經(jīng)過反饋校正的導(dǎo)航解算單元輸出的導(dǎo)航參數(shù)是局部****的，將這些局部****的導(dǎo)航參數(shù)輸入到主濾波器中，通過主濾波器得到導(dǎo)航參數(shù)的全局估計。濾波器結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
基于h∞濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器是通過對導(dǎo)航參數(shù)向量的局部****估計進(jìn)行信息融合，從而直接得到導(dǎo)航參數(shù)向量的全周估計。它與carlson提出的無重置聯(lián)邦濾波器在獲得導(dǎo)航參數(shù)的全局估計途徑上有所差異，但兩者都是在得到局部****估計的條件下通過****加權(quán)最小二乘估計來得到全局估計。由于兩者得到局部****估計所用的量測信息相同，且局部****估計和全局信息融合的****性準(zhǔn)則相同，因此在系統(tǒng)模型準(zhǔn)確的情況下，基于h∞濾波的局部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器和無重置聯(lián)邦濾波器所得到的導(dǎo)航參數(shù)的全局估計的精度應(yīng)該是相當(dāng)?shù)�。然而由于子系統(tǒng)的狀方
程均為采用一階近似的誤差模型，故無重置聯(lián)邦濾波器中子系統(tǒng)的狀態(tài)方程將會隨時間的推移而趨于不準(zhǔn)確，從而使得子濾波器得到的局部****估計的精度下降。同時，由于卡爾曼濾波要求系統(tǒng)噪聲和量測噪聲為白噪聲，考慮到在很多實際應(yīng)用中系統(tǒng)噪聲和量測噪聲不一定為白噪聲，或者模型建模比較困難或所建模型存在很大的誤差，此時且。濾波的魯棒性將得到充分的體現(xiàn)，因此基于h∞濾波的部反饋校正無重置聯(lián)邦濾波器在保證系統(tǒng)的容錯性能的同時具有更高的精度和魯棒性。
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