衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)優(yōu)化處理工藝探究

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1、衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)優(yōu)化處理工藝探究摘要：文章以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進行了研究，對這些技術(shù)的研究背景以及在國際、國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來前景進行了闡述，同時對衛(wèi)星導(dǎo)航的數(shù)據(jù)優(yōu)化處理工藝進行了簡要的介紹和分析。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；數(shù)據(jù)優(yōu)化；處理工藝；卡爾曼濾波中圖分類號：TN967文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374(2013)03-0012-03美國國防部投入并使用了全球定位系統(tǒng)(GPS),該系統(tǒng)以全天候、全球性和低成本等優(yōu)勢在導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域里，顯示出強大的生命力和競爭力。在這個局面的影響下，各

2、國紛紛對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行了研究、論證和研發(fā)，并相繼將其投入使用。在這個大背景下，我國自行研制的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一一“北斗”現(xiàn)也已投入使用。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海事領(lǐng)域、航空領(lǐng)域和陸地上都得到了大量廣泛的應(yīng)用。為了滿足這些有效的需要，實現(xiàn)高精度和高可靠性的定位解算，就成了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的解算方法在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)里，一般采用卡爾曼濾波和最小的二乘估計作為偽距測量值進行絕對定位的解算方法。一般情形下，前者比后者具有更多被估計量的先驗信息，所以前者定位精度更高、對系統(tǒng)狀態(tài)的估計更好?？柭?/p>

3、濾波當(dāng)前在導(dǎo)航系統(tǒng)里被廣泛應(yīng)用，因為它以線性最小的方差估計為估計的準(zhǔn)則，通過線性遞推公式表達的采用，有著實時性好和存儲量小等優(yōu)點。2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)解算方法分析導(dǎo)航定位濾波算法在實際應(yīng)用過程中，主要存在以下這些問題：2.1建立機動載體目標(biāo)的運動模型一般情況下，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中假設(shè)卡爾曼濾波器的系統(tǒng)狀態(tài)方程是勻速或勻加速的直線運動方程。不過在實際的系統(tǒng)中，一般載體的運動狀態(tài)都是未知的，同時目標(biāo)運動的環(huán)境和背景也非常復(fù)雜，所以載體還將要進行部分機動的運動。勻加速運動模型如果在機動強烈的情況下加以采用，會造成相當(dāng)大的定位誤

4、差，所以要合理假設(shè)目標(biāo)機動模型。2.2非線性濾波因為非線性方程是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的觀測方程，因而在實際情況下，載體目標(biāo)運動方程也通常為非線性。通常采用擴展的卡爾曼濾波，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)里對系統(tǒng)的方程能進行線性化的處理，不過這類方式會導(dǎo)致引入的線性化帶來一定誤差，并降低濾波器的有效估計性能。所以要解決這個問題，就必須采用比較好的非線性濾波技術(shù)。2.3計算機字長有效效應(yīng)的限制計算機的字長比較有限，誤差一般在舍入時產(chǎn)生。增加觀測歷元導(dǎo)致誤差累計到相應(yīng)程度，就能讓濾波的誤差的協(xié)方差陣失去相應(yīng)的正定性，并大大降低濾波的精度，進而

5、造成發(fā)散。2.4對濾波器設(shè)定參數(shù)在進行狀態(tài)估計的過程里，卡爾曼濾波需要設(shè)定狀態(tài)的初始估計值、系統(tǒng)噪聲方差陣、誤差的初始協(xié)方差陣和觀測噪聲方差陣。設(shè)定這些參數(shù)如果偏離系統(tǒng)實際統(tǒng)計特性比較嚴(yán)重，比較大的定位誤差也會對應(yīng)產(chǎn)生。3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成及技術(shù)分析3.1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成目前常見的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機包括檢測接收機、基本型用戶機、高動態(tài)接收機和雙模型用戶機這幾類。這些設(shè)備終端的產(chǎn)生和應(yīng)用背景各自不同，用于地面運控系統(tǒng)檢測站數(shù)據(jù)采集并未固定位置的是檢測接收機；用于中低動態(tài)用戶定位導(dǎo)航為主的是基本型用戶機和雙模型用戶級

6、；而用于星載和彈載等高動態(tài)用戶導(dǎo)航定位和目標(biāo)精確打擊為主的是高動態(tài)接收機。由此可以看出，在不同的終端設(shè)備中，相應(yīng)所處的噪聲來源和應(yīng)用場景都相互不同。在復(fù)雜背景里的定位精確，就無法用標(biāo)準(zhǔn)的卡爾曼濾波來進行導(dǎo)航系統(tǒng)的信息處理。3.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)分析能夠在導(dǎo)航定位系統(tǒng)中采用濾波技術(shù)，都是因為物體的慣性造成的。面對所有物體運動，定位導(dǎo)航系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)遵循牛頓定律，利用了這個事實的就是定位導(dǎo)航濾波技術(shù)。廣泛采用在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)里的，是擴展的卡爾曼濾波算法在濾波算法的廣泛采用。這個通過對線性化方程的得出，采用標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波算法

7、進行有效的濾波。在標(biāo)準(zhǔn)的卡爾曼濾波只用在線性系統(tǒng)的問題上，進行了很好的解決。不過也有一些缺陷，這就難以避免同時也引入了線性化誤差，且穩(wěn)定性和精確度都沒有很高。3.3衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)優(yōu)化處理在實際中的應(yīng)用對于卡爾曼濾波器處理GPS來對數(shù)據(jù)進行定位，從而提高GPS定位精度，這是一種適用并有效的技術(shù)，不需要增加額外的硬件，從而有效降低了用戶的成本。這個方式是一類自助式的定位技術(shù)，具有一定的戰(zhàn)略性意義。因此，在GPS定位領(lǐng)域，卡爾曼濾波方法應(yīng)用比較廣泛，并且有新的研究成果不斷問世?？柭鼮V波理論的提出是在20世紀(jì)60年代。它

8、通過時域上遞推算法的采用，數(shù)據(jù)處理完全在數(shù)字計算機上進行，從而開啟了隨機估值濾波理論的新方式。這個理論一經(jīng)提出就受到廣泛關(guān)注，并且應(yīng)用到了美國著名的阿波羅登月工程當(dāng)中。直到目前，它仍是信號處理、控制和通信等多個領(lǐng)域中最為重要、最為基本的工具和計算方法之一，并廣泛應(yīng)用到工業(yè)、航天、航空和社會經(jīng)濟等領(lǐng)域。要在導(dǎo)航系統(tǒng)里更為充分地對GPS定位功能的作用進行發(fā)揮，并把GPS的應(yīng)用