基于改進粒子濾波算法的gps非高斯偽距誤差修正

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時間:2018-09-16

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1、第6期基于改進粒子濾波算法的GPS非高斯偽距誤差修正·29·基于改進粒更多電子資料請登錄賽微電子網(wǎng)www.srvee.com子濾波算法的GPS非高斯偽距誤差修正*涂剛毅金世俊祝雪芬宋愛國(東南大學儀器科學與工程學院,南京210096)摘要:針對城市環(huán)境中由于受到多徑效應影響,GPS偽距誤差呈非高斯分布的問題,本文通過對實測數(shù)據(jù)進行分析,在建立正確的偽距誤差分布模型的基礎上,提出了一種改進粒子濾波修正算法,用于優(yōu)化PVT解算結(jié)果,提高了GPS在城市環(huán)境中定位的精度。并通過與卡爾曼濾波定位優(yōu)化算法結(jié)果進行比較,驗證了此算法的有效性。

2、關鍵詞:GPS;粒子濾波器;偽距;定位精度中圖分類號:TP228   文獻標識碼:A   國家標準學科分類代碼:510.40CompensationofGPSnon-GaussianpseudorangeerrorbasedonimprovedparticlefilteralgorithmTuGangyiJinShijunZhuXuefenSongAiguo(SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstra

3、ct:Duetothemulti-patheffectinurbanenvironment,GPSpseudorangeerrorappearsnon-Gaussianerrordistribution.Inthispaper,thecorrectpseudorangeerrordistributionmodelhasbeenestablishedaccordingtotheanalysisofthemeasureddata.Basedonthisnon-Gaussianmodel,animprovedparticlefilte

4、ralgorithmisimplementedtocompensatethenon-GaussianpseudorangeerrorandoptimizetheestimationsofPVT.TheaccuracyofGPSurbanpositioningisimprovedandthevalidityofthisalgorithmhasbeenverifiedbycomparingwithKalmanfilterexperiments.Keywords:GPS;particlefilter;pseudorange;posit

5、ioningaccuracy第6期基于改進粒子濾波算法的GPS非高斯偽距誤差修正·29·1引言目前,全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem,GPS)在軍事和民用方面均得到了越來越廣泛的運用。GPS定位技術(shù)要求接收機和衛(wèi)星之間無遮擋,但在城市環(huán)境中,由于偽距測量會受到多徑效應的影響,造成信號延遲,從而引入較大誤差,影響定位精度。統(tǒng)計實驗結(jié)果顯示,受到多徑效應影響的偽距誤差,其誤差分布為非高斯分布[1]。常規(guī)卡爾曼濾波方法不能用來對非高斯的誤差進行修正。粒子濾波作為一種非線性濾波方法,隨著采樣粒子數(shù)的不斷增大,

6、逐漸趨向狀態(tài)的后驗概率密度,在解決非高斯分布誤差問題時具有明顯的優(yōu)勢[2]?;谝陨侠碚?本文提出了一種利用粒子濾波器對非高斯的偽距誤差進行修正的方法,用于提高GPS在城市環(huán)境中位置、速度、時間(position、velocity、time,PVT)解算的精度。該算法具體實現(xiàn)分為三步:PVT位置解算;建立偽距誤差分布模型;第6期基于改進粒子濾波算法的GPS非高斯偽距誤差修正·29·在此模型基礎上利用粒子濾波器對偽距誤差進行修正,從而提高GPS定位精度。限于篇幅,本文僅對后兩步研究結(jié)果進行介紹,并且將本文提出的粒子濾波算法與卡爾曼

7、濾波(Kalmanfilter,KF)定位優(yōu)化算法結(jié)果進行了比較。2偽距誤差分布特性由于粒子濾波器應用是建立在誤差分布已知的前提下,所以實驗的第一步就是建立精確的偽距誤差分布模型[1]。首先需要獲知接收機在測試點的精確坐標。該坐標可以通過在房頂使用高精度接收機測得同一位置坐標,減去兩點間高程差獲得。實驗顯示偽距誤差分布因信噪比(signal-to-noiseratio,SNR)不同而變化。故在利用粒子濾波器對偽距誤差進行修正時,應根據(jù)信噪比選用不同的誤差模型。本文研究對象為城市環(huán)境中的GPS信號,特點是由于受建筑物或樹木遮擋的影

8、響,可視衛(wèi)星數(shù)量少,且GPS信號的信噪比普遍較低。偽距誤差分布特性統(tǒng)計結(jié)果如圖1(a),(b)所示。如圖1(a),(b)所示,在城市低信噪比環(huán)境下,偽距誤差方差較大,誤差均值也發(fā)生較大偏移,其分布呈非高斯分布。因而利用粒子濾波器對此非高斯分布的偽距誤差進行修正,

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