基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究

王坚; 刘超; 高井祥; 许长辉

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基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究

王坚, 刘超, 高井祥, 许长辉

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王坚, 刘超, 高井祥, 许长辉. 基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 596-600.

引用本文:

王坚, 刘超, 高井祥, 许长辉. 基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 596-600.

WANG Jian, LIU Chao, GAO Jingxiang, XU Changhui. GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011, 36(5): 596-600.

Citation:

WANG Jian, LIU Chao, GAO Jingxiang, XU Changhui. GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011, 36(5): 596-600.

基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究

王坚^1,2,
刘超^1,2,
高井祥^1,2,
许长辉^1,2

¹中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,徐州市南三环221116;²中国矿业大学环境与测绘学院,徐州市南三环,221116

基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助项目(40904004),国家自然科学基金资助项目(41074010)；国家教育部博士点专项基金(新教师)资助项目(200802901516),国家教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX10B_140Z)；江苏省“青蓝工程”资助项目

详细信息

作者简介:
王坚,博士,博士后,副教授,博士生导师,研究领域为卫星导航定位数据处理及应用、矿山灾害对地监测与预警。

中图分类号: P207;P228.41

GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF

¹ Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,South Sanhuan,Xuzhou 221116,China;² School of Environment and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology,South Sanhuan,Xuzhou 221116,China

Funds: 国家自然科学基金青年基金资助项目(40904004),国家自然科学基金资助项目(41074010)；国家教育部博士点专项基金(新教师)资助项目(200802901516),国家教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX10B_140Z)；江苏省“青蓝工程”资助项目

摘要: 提出了GNSS/INS紧组合导航的抗差EKF算法,采用21状态GNSS/INS紧组合状态方程,根据多余观测分量及预测残差统计构造抗差等价增益矩阵,建立抗差EKF算法,通过迭代给出GNSS/INS组合导航的抗差解,并开发GNSS/INS紧组合导航模拟平台,通过对观测值加入单粗差、多粗差及缓慢增长三类误差,测试本文算法对不同粗差的抑制能力。分析表明,抗差EKF可以将三类粗差抑制在相应观测值的残差中,达到削弱其对状态参数估计的影响。本文算例证明,抗差EKF算法可将导航解的误差精度从dm级提高为cm级甚至mm级,导航精度及可靠性得到明显提高。
- GNSS/INS /
- 导航 /
- 抗差估计 /
- 扩展卡尔曼滤波
Abstract: A robust extended Kalman filter(EKF) algorithm is proposed and applied to tightly coupled GNSS/INS integrated navigation system.The algorithm is constructed by adopting a 21-demensional state equation and the redundancy and predicted residuals are used to build equivalent Kalman gain matrix.The iterative scheme is suggested for solving the GNSS/INS robust EKF solution.A simulation platform of GNSS/INS tightly integrated navigation system was developed and used to test the ability of the algorithm to reject three kinds of gross errors(single-outlier,multi-outlier,slow growth error).The analysis indicates that the robust EKF algorithm can handle gross error by control the corresponding residual to reduce the influence of gross error on state parameter estimation.In the example,robust EKF algorithm can improve the precision of navigation solution from decimeter to centimeter or even millimeter and the reliability and precision are obviously improved.
- GNSS/INS /
- navigation /
- robust estimation /
- extended Kalman filter

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[2]	刘韬, 徐爱功, 隋心, 王长强. 新息向量的抗差Kalman滤波方法及其在UWB室内导航中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(2): 233-239. doi: 10.13203/j.whugis20170067
[3]	王凌轩, 甘雨, 隋立芬, 田源, 刘乾坤. INS辅助的实时动态GNSS单频周跳探测 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(3): 364-370. doi: 10.13203/j.whugis20160214
[4]	高晓, 戴吾蛟, 张超, 余文坤. 多星座组合精密动态定位的抗差扩展Kalman滤波方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(10): 1329-1333. doi: 10.13203/j.whugis20130668
[5]	张小红, 潘宇明, 左翔, 汪杰. 一种改进的抗差Kalman滤波方法在精密单点定位中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 858-864. doi: 10.13203/j.whugis20130577
[6]	高为广, 陈谷仓. 结合自适应滤波和神经网络的GNSS/INS抗差组合导航算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(11): 1323-1328.
[7]	张小红, 郭斐, 李盼, 左翔. GNSS精密单点定位中的实时质量控制 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(8): 940-944.
[8]	蒋庆仙, 王成宾, 马小辉, 陈晓璧. 利用中位数进行光纤陀螺信号抗差估计 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(6): 656-659.
[9]	鲁郁, 胡锐, 杨云春. 一种低成本GPS/INS紧耦合组合导航系统 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(4): 481-485.
[10]	吴江飞, 黄珹. 非线性自适应抗差滤波定轨算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(2): 187-190.
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[12]	杨元喜, 高为广. 基于多传感器观测信息抗差估计的自适应融合导航 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(10): 885-888.
[13]	李书进, 虞晖. 基于扩展卡尔曼滤波的非线性带滑移滞变系统的实时估计 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(1): 89-92.
[14]	杨元喜, 徐天河. 基于移动开窗法协方差估计和方差分量估计的自适应滤波 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2003, 28(6): 714-718.
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基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究

¹中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,徐州市南三环221116;²中国矿业大学环境与测绘学院,徐州市南三环,221116

作者简介:
王坚,博士,博士后,副教授,博士生导师,研究领域为卫星导航定位数据处理及应用、矿山灾害对地监测与预警。

收稿日期: 2011-03-15
刊出日期: 2011-05-05

中图分类号: P207;P228.41

关键词:

GNSS/INS /

导航 /

抗差估计 /

扩展卡尔曼滤波

摘要: 提出了GNSS/INS紧组合导航的抗差EKF算法,采用21状态GNSS/INS紧组合状态方程,根据多余观测分量及预测残差统计构造抗差等价增益矩阵,建立抗差EKF算法,通过迭代给出GNSS/INS组合导航的抗差解,并开发GNSS/INS紧组合导航模拟平台,通过对观测值加入单粗差、多粗差及缓慢增长三类误差,测试本文算法对不同粗差的抑制能力。分析表明,抗差EKF可以将三类粗差抑制在相应观测值的残差中,达到削弱其对状态参数估计的影响。本文算例证明,抗差EKF算法可将导航解的误差精度从dm级提高为cm级甚至mm级,导航精度及可靠性得到明显提高。

English Abstract

GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF

¹ Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,South Sanhuan,Xuzhou 221116,China;² School of Environment and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology,South Sanhuan,Xuzhou 221116,China

Received Date: 2011-03-15
Publish Date: 2011-05-05

Keywords:

Abstract: A robust extended Kalman filter(EKF) algorithm is proposed and applied to tightly coupled GNSS/INS integrated navigation system.The algorithm is constructed by adopting a 21-demensional state equation and the redundancy and predicted residuals are used to build equivalent Kalman gain matrix.The iterative scheme is suggested for solving the GNSS/INS robust EKF solution.A simulation platform of GNSS/INS tightly integrated navigation system was developed and used to test the ability of the algorithm to reject three kinds of gross errors(single-outlier,multi-outlier,slow growth error).The analysis indicates that the robust EKF algorithm can handle gross error by control the corresponding residual to reduce the influence of gross error on state parameter estimation.In the example,robust EKF algorithm can improve the precision of navigation solution from decimeter to centimeter or even millimeter and the reliability and precision are obviously improved.

王坚, 刘超, 高井祥, 许长辉. 基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 596-600.

引用本文:

王坚, 刘超, 高井祥, 许长辉. 基于抗差EKF的GNSS/INS紧组合算法研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 596-600.

WANG Jian, LIU Chao, GAO Jingxiang, XU Changhui. GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011, 36(5): 596-600.

Citation:

WANG Jian, LIU Chao, GAO Jingxiang, XU Changhui. GNSS/INS Tightly Coupled Navigation Model Based on Robust EKF[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011, 36(5): 596-600.