載波平滑偽距緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)濾波算法

鐘麗娜，劉建業(yè)，李榮冰，王 融

（1.南京航空航天大學(xué) 導(dǎo)航研究中心，南京 210016；2.南京航空航天大學(xué) 金城學(xué)院，南京 211156）

載波平滑偽距緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)濾波算法

鐘麗娜1,2，劉建業(yè)1，李榮冰1，王 融1

（1.南京航空航天大學(xué) 導(dǎo)航研究中心，南京 210016；2.南京航空航天大學(xué) 金城學(xué)院，南京 211156）

傳統(tǒng)慣性/衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)采用載波相位平滑偽距可以有效提高偽距觀測(cè)量精度，但平滑偽距后觀測(cè)量噪聲不符合白噪聲特性而導(dǎo)致卡爾曼濾波器容易發(fā)散；同時(shí)由于周跳的存在會(huì)更加嚴(yán)重影響濾波器的穩(wěn)定性。針對(duì)上述問題，分析了平滑偽距噪聲特性并建立了噪聲模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了魯棒自適應(yīng)濾波算法對(duì)觀測(cè)噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)和補(bǔ)償，結(jié)合抗差估計(jì)理論進(jìn)行濾波以減小觀測(cè)量噪聲水平和模型不確定對(duì)濾波器帶來的影響。理論分析和仿真結(jié)果表明，在復(fù)雜環(huán)境下，基于載波相位平滑偽距的魯棒自適應(yīng)緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度提高了一倍以上。

平滑偽距；魯棒自適應(yīng)濾波；載波相位；緊組合

慣性/衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有較好的精度、動(dòng)態(tài)性能及容錯(cuò)性，在航空航天、測(cè)繪等軍民用領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[1-2]。隨著導(dǎo)航性能需求的不斷提升，如何在復(fù)雜環(huán)境、載體高動(dòng)態(tài)等條件下獲取更高定位精度已成為備受關(guān)注的問題[3]。緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)一般采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)碼偽距、偽距率（多普勒頻移）作為觀測(cè)量[4-5]，其優(yōu)點(diǎn)是組合方式簡(jiǎn)單易行。但由于碼偽距觀測(cè)噪聲較大[6]，所以這種組合方式導(dǎo)航定位精度相對(duì)較低。

載波相位平滑偽距算法是一種利用載波相位低噪聲特性對(duì)碼偽距進(jìn)行平滑的算法，結(jié)合偽距與載波相位的優(yōu)勢(shì)，無需解算模糊度、無需參考站，能夠有效降低碼偽距噪聲水平[7-8]。Hatch濾波是提出最早、應(yīng)用最廣泛的一種載波相位平滑偽距算法[9]。Teunissen提出最優(yōu)迭代最小二乘平滑算法[10]，但該算法對(duì)于非白噪聲的情況是次優(yōu)的；另有學(xué)者提出基于補(bǔ)充卡爾曼濾波、極大似然自適應(yīng)卡爾曼濾波[11-12]等平滑算法。文獻(xiàn)[8]將載波相位平滑偽距應(yīng)用于緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)，驗(yàn)證了其可行性與有效性。但該文獻(xiàn)沒有考慮偽距經(jīng)過載波相位平滑后噪聲特性發(fā)生變化的情況。緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)卡爾曼濾波器參數(shù)的設(shè)定依賴先驗(yàn)噪聲，而觀測(cè)量偽距經(jīng)過平滑后噪聲水平發(fā)生明顯變化，因此會(huì)導(dǎo)致濾波器出現(xiàn)較大誤差而影響導(dǎo)航結(jié)果。尤其當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化，如信號(hào)受到遮擋、干擾，多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星高度角過低、或載體處于高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)等條件下，會(huì)引起載波相位周跳而導(dǎo)致平滑偽距觀測(cè)噪聲產(chǎn)生較大變化[8,14]，從而導(dǎo)致偽距噪聲頻繁變化，嚴(yán)重影響緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和精度。

因此，不斷在線估計(jì)和修正濾波器噪聲統(tǒng)計(jì)特性，在周跳等外界干擾不確定的情況下實(shí)現(xiàn)魯棒控制，從而提高慣性/衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的定位精度尤為重要。針對(duì)緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中偽距觀測(cè)量經(jīng)過載波相位平滑后，噪聲水平發(fā)生變化而導(dǎo)致緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能下降的問題，本文設(shè)計(jì)了一種跟蹤平滑偽距噪聲特性變化的魯棒自適應(yīng)卡爾曼濾波器，同時(shí)利用抗差估計(jì)使濾波器適應(yīng)周跳產(chǎn)生的不確定性對(duì)平滑偽距產(chǎn)生的影響。

1 平滑偽距觀測(cè)噪聲特性建模

載波相位平滑偽距能夠有效提高偽距觀測(cè)量的精度，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致噪聲特性發(fā)生變化。本節(jié)對(duì)平滑后的偽距噪聲特性進(jìn)行了分析和建模，并推導(dǎo)出該噪聲的時(shí)變方差，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)濾波器中平滑偽距觀測(cè)量噪聲自適應(yīng)建立基礎(chǔ)。

利用Hatch濾波進(jìn)行載波相位平滑偽距觀測(cè)，其原理是用高精度的載波相位時(shí)間差分量對(duì)碼偽距觀測(cè)量進(jìn)行平滑，從而獲得更高測(cè)量精度的偽距值[15]。偽距和載波相位的測(cè)量分辨率主要由隨機(jī)性的多路徑誤差和接收機(jī)噪聲所決定。偽距的多路徑誤差可以達(dá)到1 m，而載波相位的多路徑誤差最大只有1 cm，偽距的測(cè)量分辨率是米級(jí)，而載波相位的測(cè)量分辨率可達(dá)到毫米級(jí)。因此可以通過載波相位對(duì)偽距進(jìn)行平滑，實(shí)現(xiàn)降低碼偽距噪聲的目的。根據(jù)Hatch濾波：

考慮碼偽距誤差項(xiàng)和載波相位誤差項(xiàng)，式(1)可以寫為：

偽距噪聲對(duì)比曲線如圖1所示。其中碼偽距噪聲為白噪聲，方差σρ為20 m，如圖1(a)所示；載波相位等效偽距噪聲也為白噪聲，方差為0.1 m。經(jīng)過平滑后的偽距噪聲如圖1(b)所示。可見平滑偽距噪聲初始階段明顯較大，隨時(shí)間增加逐漸減小，最終兩者噪聲水平相當(dāng)，獲得了較高精度的偽距觀測(cè)量。這與式(4)推導(dǎo)的噪聲特性相吻合，其噪聲是迭代形式且與時(shí)間相關(guān)，其大小始終在3σ范圍內(nèi)，該結(jié)果驗(yàn)證了式(5)噪聲方差模型的正確性。

除此以外，由于衛(wèi)星接收信號(hào)受到遮擋、多路徑效應(yīng)等因素，載波相位中會(huì)產(chǎn)生周跳。周跳的存在會(huì)導(dǎo)致噪聲變化具有更強(qiáng)的隨機(jī)性以及產(chǎn)生較大的粗差，變化更加復(fù)雜。產(chǎn)生周跳后偽距觀測(cè)量噪聲變化曲線如圖 1(c)所示。周跳產(chǎn)生對(duì)碼偽距沒有影響，但是對(duì)載波相位和相位平滑偽距都有很大影響，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。由于其產(chǎn)生的時(shí)間、大小都具有隨機(jī)性，因此導(dǎo)致觀測(cè)量噪聲產(chǎn)生隨機(jī)性粗差。圖 1(c)中可以看出，噪聲大幅超出協(xié)方差曲線，會(huì)導(dǎo)致此時(shí)濾波器容易產(chǎn)生發(fā)散。

圖1 平滑偽距前后噪聲對(duì)比曲線Fig.1 Noise curve before and after smoothing pseudorange

由此可見，偽距經(jīng)過載波相位平滑后，其噪聲方差隨時(shí)間變化。而慣性/衛(wèi)星組合技術(shù)中的經(jīng)典卡爾曼濾波器只能處理具備獨(dú)立白噪聲特性的噪聲，且要求濾波器參數(shù)預(yù)先設(shè)定為與噪聲水平相當(dāng)。對(duì)采用平滑偽距的系統(tǒng)來說上述條件無法滿足。因此雖然載波平滑偽距精度得到了提高，但慣性衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)只有設(shè)計(jì)和應(yīng)用能夠適應(yīng)時(shí)變性觀測(cè)噪聲的濾波器，才能獲得與高精度觀測(cè)量對(duì)應(yīng)的高精度導(dǎo)航性能，本文采用可以隨噪聲變化進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)、結(jié)合抗差估計(jì)理論適應(yīng)模型不確定性的魯棒自適應(yīng)濾波算法來提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

2 平滑偽距緊組合系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)濾波算法

慣性/衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)卡爾曼濾波器的觀測(cè)噪聲參數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的固定先驗(yàn)值。由式(4)可以看出，對(duì)偽距觀測(cè)量進(jìn)行載波相位平滑以后，按照碼偽距預(yù)設(shè)的原有噪聲水平已經(jīng)不符合現(xiàn)有噪聲條件；尤其當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化，如信號(hào)受到遮擋、干擾，多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星高度角過低、或載體處于高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)等條件下，都會(huì)引起載波相位周跳而導(dǎo)致平滑偽距觀測(cè)噪聲產(chǎn)生不確定性變化?？共羁柭鼮V波對(duì)噪聲的不確定性具有很好的魯棒性，本文在已推導(dǎo)的平滑偽距噪聲特性基礎(chǔ)上，結(jié)合抗差卡爾曼濾波提出了平滑偽距緊組合系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)濾波算法。

2.1 基于抗差估計(jì)的卡爾曼濾波

在慣性/GNSS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是整個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本參考系統(tǒng)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)是以慣導(dǎo)的誤差方程為主狀態(tài)方程，同時(shí)按IMU和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)時(shí)鐘誤差的噪聲特性進(jìn)行狀態(tài)擴(kuò)充。導(dǎo)航坐標(biāo)系選為東北天地理坐標(biāo)系，緊組合系統(tǒng)狀態(tài)方程為[15]：

系統(tǒng)觀測(cè)量由根據(jù)慣性系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航參數(shù)推算出的偽距、偽距率，與GNSS接收機(jī)輸出的偽距、偽距率求差得到，系統(tǒng)觀測(cè)方程為：

式中，Z為觀測(cè)量，由偽距、偽距率觀測(cè)量構(gòu)成；H為觀測(cè)矩陣，由可見星到接收機(jī)的方向余弦與ECEF-東北天坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣相乘得到；V為觀測(cè)噪聲矩陣，由偽距、偽距率觀測(cè)噪聲構(gòu)成。

當(dāng)接收機(jī)產(chǎn)生周跳后，其作用相當(dāng)于載波相位觀測(cè)量產(chǎn)生跳變，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)濾波器精度變差甚至不穩(wěn)定。對(duì)于采用載波相位平滑偽距作為觀測(cè)量的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其性能直接受到周跳的影響。由于周跳的發(fā)生具有很強(qiáng)的不確定性，因此組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波算法的魯棒性尤為重要?？共頚alman濾波能夠很好地抵抗粗差的影響，并且能快捷、準(zhǔn)確、有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?？共畹脑碇饕歉鶕?jù)穩(wěn)健估計(jì)，選擇合適的抗差權(quán)函數(shù)對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)在實(shí)際模型與預(yù)先設(shè)定模型出現(xiàn)較大偏差時(shí)估值不受到破壞性影響的目標(biāo)。抗差卡爾曼濾波遞推方程為：

式中，Vk為狀態(tài)量殘差，為k時(shí)刻下第i個(gè)觀測(cè)量的方差值，常規(guī)方法是采用卡爾曼濾波器預(yù)先設(shè)定值計(jì)算。c為常量，一般取為1.5～2.5。

抗差卡爾曼濾波對(duì)觀測(cè)量中的粗差具有較好的魯棒性。當(dāng)周跳發(fā)生時(shí)，抗差卡爾曼濾波狀態(tài)量殘差大小和調(diào)節(jié)系數(shù)對(duì)R陣進(jìn)行調(diào)節(jié)，即調(diào)整觀測(cè)量在濾波器中的權(quán)重，從而對(duì)周跳引起的粗差具有魯棒性，減小粗差影響。

2.2 自適應(yīng)抗差卡爾曼濾波算法

盡管采用抗差估計(jì)能夠抑制周跳的影響，但是對(duì)采用載波相位平滑偽距的組合導(dǎo)航系統(tǒng)而言，發(fā)生周跳后平滑偽距的過程就會(huì)中斷，恢復(fù)正常后需要重新開始平滑。根據(jù)第二節(jié)中的分析，載波相位平滑偽距初始階段具有較強(qiáng)的非高斯特性，容易引起濾波器精度下降。為了降低其影響，在分析了平滑偽距噪聲特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)噪聲特性進(jìn)行自適應(yīng)抗差參數(shù)調(diào)節(jié)，可以提高濾波器的精度和穩(wěn)定性。

式(9)所示協(xié)方差模型能夠準(zhǔn)確反映載波相位平滑偽距以后觀測(cè)量的噪聲方差特性，將其用于計(jì)算等價(jià)權(quán)觀測(cè)噪聲協(xié)方差矩陣可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，即

其中，抗差權(quán)因子由平滑偽距噪聲模型自適應(yīng)得到：

進(jìn)行載波相位平滑偽距的初始階段，該方法可以快速自適應(yīng)觀測(cè)噪聲變化，因此降低噪聲特性非高斯的影響；在平滑穩(wěn)定階段，該方法效果與普通卡爾曼濾波相同。發(fā)生周跳并重新開始平滑后，同樣可以快速跟隨噪聲特性，從而提高濾波器的穩(wěn)定性。

將自適應(yīng)權(quán)因子代入式(16)可以得到跟隨噪聲變化的自適應(yīng)觀測(cè)噪聲方差，按照式(8)～(12)的卡爾曼濾波流程進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)載波相位平滑偽距組合導(dǎo)航系統(tǒng)的自適應(yīng)濾波方程。該方法能夠跟隨平滑偽距噪聲變化，并在發(fā)生周跳的情況下進(jìn)行抗差處理，進(jìn)而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。

3 仿真驗(yàn)證與分析

為驗(yàn)證基于載波相位平滑偽距的魯棒自適應(yīng)慣性/衛(wèi)星緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能，進(jìn)行了仿真試驗(yàn)和分析。仿真采用動(dòng)態(tài)航跡，有爬升、巡航、急轉(zhuǎn)等機(jī)動(dòng)，可見星數(shù)隨時(shí)間變化，捷聯(lián)解算時(shí)間為0.02 s，仿真時(shí)間2000 s，平滑間隔為1 s。采用中等精度慣導(dǎo)，衛(wèi)星導(dǎo)航中碼偽距噪聲誤差為20 m，載波相位精度為0.5 m。本仿真用于載波相位平滑偽距對(duì)緊組合系統(tǒng)定位精度提升性能的驗(yàn)證和分析。利用Hatch濾波，對(duì)偽距進(jìn)行了平滑后進(jìn)行緊組合導(dǎo)航仿真。

3.1 平滑偽距自適應(yīng)特性仿真

通過式(5)噪聲方差特性模型，可以對(duì)平滑偽距后的噪聲特性實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，以次為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)濾波器中觀測(cè)噪聲陣，可以避免卡爾曼濾波器預(yù)設(shè)參數(shù)與實(shí)際不符而造成的誤差。觀測(cè)噪聲方差自適應(yīng)前后的緊組合系統(tǒng)導(dǎo)航定位誤差如圖2所示。

圖2(a)為各偽距觀測(cè)噪聲特性曲線?？梢钥闯?，在無鐘差漂移(實(shí)際中鐘差漂移可以被修正掉)和不發(fā)生周跳的前提下，平滑后的偽距噪聲水平明顯下降；在平滑剛開始的階段，噪聲有一定波動(dòng)；隨著平滑時(shí)間的增加，噪聲水平越來越穩(wěn)定，逐漸接近于載波相位的噪聲水平。這一現(xiàn)象與Hatch濾波理論相符合，當(dāng)平滑歷元趨于無窮時(shí)，平滑偽距誤差與載波相位誤差相同。

從圖2(b)為采用方差自適應(yīng)濾波前后緊組合導(dǎo)航定位精度的對(duì)比結(jié)果。其中KF表示未經(jīng)方差自適應(yīng)的普通卡爾曼濾波，AKF表示自適應(yīng)卡爾曼濾波。可以看出，平滑偽距作為緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)觀測(cè)量以后，卡爾曼濾波器如果仍采用原有觀測(cè)噪聲參數(shù)，則其定位精度平滑后的緊組合定位誤差噪聲水平下降很多，精度提高很明顯。特別注意的是，在這兩組仿真中，卡爾曼濾波器的觀測(cè)噪聲必須按照平滑前后相應(yīng)的噪聲水平設(shè)置，才會(huì)有較為顯著的效果；如果平滑后不修改觀測(cè)噪聲參數(shù)，定位結(jié)果并無明顯提高。這與卡爾曼濾波理論要求有準(zhǔn)確的噪聲統(tǒng)計(jì)特性相符。

圖2 緊組合系統(tǒng)自適應(yīng)濾波分析Fig.2 Analysis of tightly-coupled navigation system based on adaptive filtering

平滑偽距前后緊組合導(dǎo)航定位誤差 RMS值對(duì)比如表1所示。由導(dǎo)航結(jié)果可知，經(jīng)過載波相位平滑偽距以后，定位精度可提高50%以上。

表1 碼偽距和平滑偽距為觀測(cè)量時(shí)組合導(dǎo)航誤差RMS值Tab.1 RMS of positioning error based on code pseudorange and smoothing pseudorange

3.2 平滑偽距魯棒自適應(yīng)濾波系統(tǒng)仿真

周跳是載波相位應(yīng)用中存在的重要問題之一。在產(chǎn)生周跳的情況下，分別對(duì)基于卡爾曼濾波和所提出的魯棒自適應(yīng)濾波應(yīng)用于緊組合系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和分析。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 緊組合系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)濾波分析Fig.3 Analysis of tightly-coupled navigation system based on robust adaptive filtering

圖3(a)為發(fā)生載波相位發(fā)生周跳后，偽距觀測(cè)量的變化情況。由圖可知，在1000 s時(shí)刻載波相位發(fā)生周跳，導(dǎo)致平滑偽距在相應(yīng)時(shí)刻產(chǎn)生粗差，可知周跳對(duì)平滑偽距噪聲影響嚴(yán)重。當(dāng)周跳發(fā)生頻繁的時(shí)候，偽距觀測(cè)噪聲不但不符合高斯白噪聲，且噪聲變化不確定性更強(qiáng)。由于周跳的不可預(yù)見和隨機(jī)性，偽距觀測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性無法確定，從而導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波器精度變差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生發(fā)散。

圖3(b)為發(fā)生周跳后，分別采用卡爾曼濾波(KF)和魯棒自適應(yīng)濾波(RAKF)進(jìn)行緊組合導(dǎo)航的定位誤差對(duì)比。首先在導(dǎo)航初期，平滑偽距剛開始階段，由于有色噪聲特性較為明顯，卡爾曼濾波呈現(xiàn)較大誤差。而魯棒自適應(yīng)濾波則具有較好的適應(yīng)性，導(dǎo)航精度保持穩(wěn)定。其次，在發(fā)生周跳時(shí)，KF定位結(jié)果有較大的跳變，而RAKF定位精度要明顯好于卡爾曼濾波，且收斂速度高于KF。這是由于RAKF能夠自適應(yīng)噪聲水平的變化來調(diào)整觀測(cè)噪聲，并通過抗差對(duì)周跳產(chǎn)生的粗差進(jìn)行了濾波器參數(shù)調(diào)節(jié)而提高導(dǎo)航性能。

發(fā)生周跳后采用不同濾波方法緊組合導(dǎo)航定位誤差RMS值對(duì)比如表2所示。盡管發(fā)生周跳，但由于載波相位平滑偽距的作用，使用卡爾曼濾波器定位精度仍然較好；相比之下，應(yīng)用魯棒自適應(yīng)濾波可以更加穩(wěn)定，接近于無周跳的導(dǎo)航定位精度。當(dāng)然，周跳的幅度、持續(xù)時(shí)間都是影響最終定位精度的因素。

表2 采用KF和RAKF的緊組合導(dǎo)航定位RMS值Tab.2 RMS of positioning error based on KF and RAKF

4 結(jié) 論

針對(duì)傳統(tǒng)采用碼偽距為觀測(cè)量的緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度較低的問題，提出了載波相位平滑偽距與自適應(yīng)抗差卡爾曼濾波相結(jié)合的方法，以提高導(dǎo)航定位精度。其中，載波相位平滑偽距用以降低觀測(cè)量的噪聲水平；由于載波相位存在易產(chǎn)生周跳的問題，會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)量噪聲水平變化較大，甚至不符合白噪聲的條件，因此采用觀測(cè)噪聲自適應(yīng)的抗差卡爾曼濾波，提高周跳等復(fù)雜條件下以載波相位平滑偽距為觀測(cè)量的緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。仿真結(jié)果表明，采用載波相位平滑偽距結(jié)合自適應(yīng)抗差卡爾曼濾波，可以有效提高緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，在出現(xiàn)一次周跳的情況下，定位精度可以提高60%以上。

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Adaptive robust filtering algorithm for tightly-coupled integrated navigation system based on carrier phase smoothing pseudorange

ZHONG Li-na1,2,LIU Jian-ye1,LI Rong-bing1,WANG Rong1
(1.Navigation Research Center,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China;2.Jincheng College,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211156,China)

Based on the phase smoothing pseudorange theory,the measuring accuracy of INS/GNSS tightly-coupled integrated navigation system can be significantly improved.However,the observation noise of smoothed pesudorange doesn’t meet the requirement of white noise in Kalman filter,which could lead to filter divergency.Meanwhile,the stability of Kalman filter could be seriously affected due to the existence of cycle slip.In order to resolve the above problems,this paper presents a new robust adaptive filter.First,the noise characteristic model is built for estimating and compensating measurement noise; then the robust estimation theory is applied based on the noise model to reduce the influence of non-Gaussian measurement noise and model uncertainty.Theoretical analysis and simulation results show that the adaptive INS/GNSS tightly-coupled integrated navigation system based on carrier phase smoothing code pesudorange provides higher accuracy,better dynamic performance than traditional tightly-coupled system under complex environment.The proposed method has improved the accuracy by more than 100%.

smoothed pseudorange; robust adaptive filter; carrier phase; tightly-coupled

V249.3

：A

1005-6734(2014)02-0205-06

10.13695/j.cnki.12-1222/o3.2014.02.012

2013-11-18；

：2014-03-06

國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃項(xiàng)目（61374115，91016019，61273057）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目資助

鐘麗娜（1981—），女，博士研究生，從事組合導(dǎo)航系統(tǒng)與完好性的研究。E-mail：zhonglina@nuaa.edu.cn

聯(lián) 系 人：劉建業(yè)（1957—），男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：ljyac@nuaa.edu.cn