GPS/INS集成技術(shù)對(duì)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)精度的影響

GPS/INS集成技術(shù)對(duì)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)精度的影響

大多數(shù)陸地導(dǎo)航技術(shù)采用基于位置的通信服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的精度依賴于全球定位系統(tǒng)（GPS）和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）。GNSS接收器需要在適宜的工作條件下才能提供有效精確的導(dǎo)航信息，如果其在惡劣環(huán)境下工作（如城市街谷區(qū)域、室內(nèi)停車場(chǎng)等），則由于受視距（LOS）傳播的影響，GNSS的效率會(huì)大大降低，導(dǎo)航精度也會(huì)隨之大幅度降低，甚至出現(xiàn)導(dǎo)航失靈。研究發(fā)現(xiàn)，將低成本的基于慣性測(cè)量單元（IMUs）的微電子機(jī)械系統(tǒng)（INS）和GPS數(shù)據(jù)相融合，可以長(zhǎng)時(shí)間獲得具有較高精度的導(dǎo)航效果，與GPS和INS單獨(dú)工作相比，GPS/INS集成系統(tǒng)更具有優(yōu)越性。傳統(tǒng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）方法可以實(shí)現(xiàn)二者的融合，但是由于EKF自身的建模誤差導(dǎo)致的協(xié)方差發(fā)散問(wèn)題限制了EKF的使用范圍。

提出了一種GPS/INS集成模型，該模型采用模糊推理系統(tǒng)（FIS）實(shí)現(xiàn)EKF參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，并運(yùn)用混合的FIS-EKF模型來(lái)開(kāi)發(fā)一種低成本、低運(yùn)行功率的GNS/INS集成導(dǎo)航系統(tǒng)，為車輛提供在復(fù)雜行駛工況下的導(dǎo)航。集成INS和GPS系統(tǒng)有三大模塊，分別為GPS獨(dú)立模塊、INS獨(dú)立模塊和GPS/INS耦合模塊。采用EKF方法進(jìn)行GPS和INS的融合，并且估計(jì)某些系統(tǒng)偏差參數(shù)值，要求估計(jì)的參數(shù)值和INS模塊計(jì)算的位置、速度和狀態(tài)的偏差值相一致。EKF方法要實(shí)現(xiàn)上述功能，需要預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型，并更新系統(tǒng)模型參數(shù)值。FIS利用協(xié)方差匹配估計(jì)技術(shù)（COMET）來(lái)預(yù)測(cè)EKF方法的偏差狀態(tài)，采用Mamdani類型的模糊算法來(lái)設(shè)計(jì)GPS/INS集成模型的模糊部分。

對(duì)所提出的GPS/INS集成模型的性能進(jìn)行驗(yàn)證，并且與傳統(tǒng)GPS/INS集成模型獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。選取東西方向和南北方向的二維空間來(lái)獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：①相比傳統(tǒng)的EKF模型，所提出的FIS-EKF模型獲取的東西方向和南北方向的位置誤差分別減少了48.48%和49.72%；②同時(shí)，在東西方向和南北方向的速度導(dǎo)航性能上分別提高了51.56%和49.02%。

Néda Navidi et al.International Conference on Unmanned Aerial Vehicles in Geomatics,Toronto, Canada, 30 Aug-02 Sep 2015.

編譯：韓小健