非线性滤波在SINS-GPS组合导航中的应用研究(3)

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由于捷联式惯导没有复杂的机电式平台，减少了大量机械零件、电子元件、电气线路，从而大大提升了系统可靠性，而且大大减小了体积、质量、成本，但是由于载体的运动直接传递到惯性元件，惯性元件的工作环境相对比较恶劣，使得捷联式惯导的精度一般低于平台式惯导。文献综述

(3)多普勒雷达导航

多普勒雷达导航是指利用伴随着载体速度的变化，在发射波和反射波之间产生的多普勒频移的大小来测量载体相对于地面的速度以完成导航任务的一种方法。获得地速的大小后，根据载体航向系统输出的方位角进行地速的东向和北向分解，即可得载体的即时东向和北向速度，积分可得两个方向上的距离，进而求出经纬度。

多普勒雷达导航的优点是无需地面站配合，属于自主式导航设备。缺点是由于要发射电波而易受干扰；此外，多普勒导航精度与反射面形状密切相关，当反射面反射性较差时，例如海面和沙漠，其工作性能会大大降低。

(4)无线电导航

无线电导航是指利用无线电波在均匀介质和自由空间直线传播及恒速两大特性进行导航的一种方法[7] 。

该导航方法是通过载体和地面站的收发设备，测量出载体相对于地面站的距离、距离差或者相位差来进行定位。例如罗兰双曲线导航系统、欧米加双曲线导航系统。同时还有一种方式是通过载体接收机接收地面站发射的无线电信号，来确定载体相对于已知地面站的方位角来定位，如伏尔测向导航系统。

无线电导航的优点是精度较高，缺点是为非自主式导航，需要地面站的配合，信号可能受到干扰，以及容易暴露自身。

(5)卫星导航

目前广泛应用的卫星导航是美国研制的 GPS 全球定位系统和俄罗斯研制的 GLONASS 全球导航系统。它们都是应用无线电波传播的直线性与等速性测距，应用卫星与载体间的多普勒频移测速。卫星导航是无线电导航与多普勒雷达导航随着空间技术发展的产物[8]。

卫星导航的优点是精度高，实用于全球导航，而且用户设备成本低廉，所以在全球得到了广泛应用，但它需要地面站支持，易受干扰，是一种非主动式导航系统。

1.2 滤波理论的发展

滤波理论就是在对系统可观测信号进行测量的基础上，根据一定的估计准则，对系统的状态进行估计得理论和方法。滤波理论的发展经历了以下几个阶段:1795年，德国数学家高斯首次提出最小二乘估计法，开创了用数学方法处理观测数据和实验数据的科学领域。由于最小二乘估计法没有考虑到观测信号的统计特性，仅仅保证测量误差的方差最小，因此这种估计方法性能较差，不是一种最优估计方法。

二十世纪 40 年代，Weiner[9]和Kolmogorov[10]相继独立地提出了维纳滤波理论，为现代滤波理论的研究发展奠定了基础。维纳滤波充分利用了输入信号和量测信号的统计特性，是一种线性最小方差滤波方法。但维纳滤波方法是一种频域方法，解析求解困难，运算复杂，对存储空间要求大，仅适用于一维平稳随机过程信号的滤波计算，因此维纳滤波的应用范围有限。

为了克服维纳滤波的缺点，人们不断寻求时域内直接设计最优滤波器的新方法。卡尔曼于1960年提出了著名的离散随机系统卡尔曼滤波方法[11]，标志着现代滤波理论的建立。1961年卡尔曼与R.S.BUCY合作将这一滤波理论推广到连续时间系统中[12]，从而形成了卡尔曼滤波系统的完整体系。卡尔曼滤波是一种时域估计方法，对于具有高斯分布噪声的线性系统，可以得到系统状态的递推最小方差估计，从这一点上来说，卡尔曼滤波与维纳滤波的基本原理相同，但它具有维纳滤波不具备的一些优点。首先卡尔曼滤波是一种时域估计方法，它将现代控制理论中的状态空间的思想引人到最优滤波理论中，可处理时变系统、非平稳信号和多维信号；其次卡尔曼滤波采用递推计算，计算量和存储量小，便于实时在线运算和计算机实现。