惯性导航是一种完全自主的导航系统，具有隐蔽性好、抗干扰、不受气象条件限制的优点。但其缺点是其定位误差随时间积累。全球定位系统具有全天候、高精度、定位误差不随时间发散等显著特点，但卫星信号可能被人为地添加干扰，而且受环境的限制，故可靠性较差。而GPS" title="GPS" target="_blank">GPS和SINS组合系统则取长补短，充分发挥各自的优势。基于伪距、伪距率组合的GPS/SINS紧组合导航系统和基于速度、位置组合的松组合系统具有精度更高、可靠性和抗干扰能力更强的优点。因此越来越广泛地应用于航空、航天领域。

1 紧组合导航系统的模型
    基于伪距、伪距率的GPS/SINS紧组合导航系统是一种高水平的组合方式,其主要特点是GPS接收机和SINS相互辅助。它利用GPS的星历数据与SINS给出的位置和速度信息计算出相应的伪距和伪距率,然后与GPS接收的伪距和伪距率相比较得出的误差作为量测值,通过卡尔曼滤波器估计GPS和SINS的误差量,从而实现系统的校正。在该组合模式中,GPS接收机只提供星历数据和伪距、伪距率即可,省去导航计算处理部分,有着精度高、鲁棒性好、抗干扰性强等特点。




    从EKF和UKF的计算过程可以看出，UKF具有以下优点：
    (1) UKF直接利用非线性模型,避免引入线性化误差,从而提高了滤波精度；
    (2) 不必计算雅可比矩阵；
    (3) 能对所有高斯输入向量的非线性函数近似，均值精确到三阶，方差精确到二阶。
    综上所述，UKF比较适合作为紧组合导航系统的信息融合算法。接下来将这两种滤波算法分别应用于紧组合导航系统中，通过比较来说明UKF相对于EKF的优越性。
3 系统仿真分析
    下面在紧组合导航系统中应用EKF和UKF两种滤波方法对系统进行仿真，进而验证UKF优于EKF。
    弹体运动轨迹参数设置如下:初始纬度32°,经度118°,高度300 m，初始失准角为15°，三个方向的初始速度误差分别为0.5 m、0.8 m和0 m，初始位置误差分别为10′′、10′′和0，陀螺仪零偏为0.1°/h，相关时间为1 h，加速度计零偏为0.001 g,相关时间为0.5 h、GPS伪距误差为1 m,伪距率误差为0.05 m/s,仿真时间为4 000 s。仿真框图如图1所示。仿真结果如图2~图5所示。

    通过仿真结果可以明显地看出，UKF在位置和速度的估计精度上优于EKF,且UKF的稳定性和收敛性也很好。
    基于GPS/SINS紧组合导航系统较松组合导航系统有明显的优势。本文首先建立了紧组合导航系统的数学模型，然后将EKF和UKF滤波算法引入到紧组合导航系统中，最后通过对仿真结果进行比较，证实了仿真结果和理论分析的一致性，进而验证了UKF算法可以更好地处理非线性问题。由此可见，UKF是GPS/SINS紧组合导航系统中较适用的一种滤波算法。
参考文献
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