GPS∕SINS超紧组合导航系统可观测性分析

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1、2013年9月北京航空航天大学学报September2013第39卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．9GPS／SINS超紧组合导航系统可观测性分析周卫东蔡佳楠孙龙郑兰(哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001)摘要：系统状态的可观测性决定了系统的滤波精度．目前，分析系统状态可观测性的主要方法是针对线性系统的，其中奇异值分解(SVD，SingularValueDecomposition)法可以对系统进行事前分析，并且计算简单，成为广泛

2、使用的方法之一．然而集中滤波结构的全球定位系统／捷联惯性导航系统(GPS／SINS，GlobalPositioningSystem／strapdownInertialNavigationSys-tem)超紧组合模型的量测方程是非线性的，对非线性系统进行可观测性分析是非常困难的．针对这个问题，推导出了超紧组合模型线性的量测方程，并证明了该模型满足分段定常系统(PWCS，Piece．WiseConstantSystem)定理；使用奇异值分解法对其做可观测性仿真，并对实验结果做了全面分析．结果表明：系统状态的可观测性受载体运动状态影响，载体

3、机动性越强，可观测的状态越多，可观测性越高．关键词：超紧组合；分段线性定常系统；可观测性；奇异值分解中图分类号：V249．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)09-1157-06ObservabilityanalysisofGPS／SINSultra-tightlycoupledsystemZhouWeidongCaiJiananSunLongZhengLan(CollegeofAutomation，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Th

4、efilterprecisiondependsontheobservabilityofsystemstates．Variousapproacheswereproposedtoanalyzetheobservabilityofthelinearsystemstates．Amongthoseapproaches，singularvaluede—composition(SVD)wascommonlyusedtoanalyzethesystembeforehandowingtoitscomputationalsimplici—ty．Howev

5、er，themeasurementequationofglobalpositioningsystem／strapdowninertialnavigationsystems(GPS／SINS)ultra—tightlycoupledsystembasedontheconcentratedfilterstructurewasnonlinear，whichmadeitdifficulttoanalysisthesystemobservability．Tosolvethisproblemalinearmeasurementequationwa

6、sde·rived．ThisGPS／SINSultra-tightlycoupledsystemmodelwasprovedtosatisfythepiece-wiseconstantsystem(PWCS)theoremandthestates’observabilityofthesystemwerecalculatedbasedonthetheoryofSVD．Theresultsshowthattheobservabilityofstatesisaffectedbythemaneuverabilityofcarrier．Thes

7、trongermaneu-verabilityis，themoreobservablestatesare，thehigherobservabilityis．Keywords：ultra-tightlycoupled；piece-wiseconstantsystem(PWCS)；observability；singularvaluedecomposition(SVD)目前的滤波算法大部分是基于卡尔曼滤波发展起来的，因此状态估计的精度与系统状态的可观测性息息相关．可观测性高的状态能得到较高的估计精度，反之不可观测或可观测性低的状态会使估计

8、精度降低，甚至导致系统状态估计的发散．因此系统模型使用前分析系统的可观测性是十分必要的．目前，有很多分析系统可观测性的方法：①文收稿日期：2012-10—11；网络出版时间：2013-09—2311：42网络出版地址：W