GPS/INS集成技术对汽车导航系统精度的影响

GPS/INS集成技术对汽车导航系统精度的影响

大多数陆地导航技术采用基于位置的通信服务系统，该系统的精度依赖于全球定位系统（GPS）和全球卫星导航系统（GNSS）。GNSS接收器需要在适宜的工作条件下才能提供有效精确的导航信息，如果其在恶劣环境下工作（如城市街谷区域、室内停车场等），则由于受视距（LOS）传播的影响，GNSS的效率会大大降低，导航精度也会随之大幅度降低，甚至出现导航失灵。研究发现，将低成本的基于惯性测量单元（IMUs）的微电子机械系统（INS）和GPS数据相融合，可以长时间获得具有较高精度的导航效果，与GPS和INS单独工作相比，GPS/INS集成系统更具有优越性。传统的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法可以实现二者的融合，但是由于EKF自身的建模误差导致的协方差发散问题限制了EKF的使用范围。

提出了一种GPS/INS集成模型，该模型采用模糊推理系统（FIS）实现EKF参数的自动调节功能，并运用混合的FIS-EKF模型来开发一种低成本、低运行功率的GNS/INS集成导航系统，为车辆提供在复杂行驶工况下的导航。集成INS和GPS系统有三大模块，分别为GPS独立模块、INS独立模块和GPS/INS耦合模块。采用EKF方法进行GPS和INS的融合，并且估计某些系统偏差参数值，要求估计的参数值和INS模块计算的位置、速度和状态的偏差值相一致。EKF方法要实现上述功能，需要预测系统模型，并更新系统模型参数值。FIS利用协方差匹配估计技术（COMET）来预测EKF方法的偏差状态，采用Mamdani类型的模糊算法来设计GPS/INS集成模型的模糊部分。

对所提出的GPS/INS集成模型的性能进行验证，并且与传统GPS/INS集成模型获得的数据进行对比。选取东西方向和南北方向的二维空间来获取导航数据。试验结果表明：①相比传统的EKF模型，所提出的FIS-EKF模型获取的东西方向和南北方向的位置误差分别减少了48.48%和49.72%；②同时，在东西方向和南北方向的速度导航性能上分别提高了51.56%和49.02%。

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

编译：韩小健