基于模糊逻辑的自适应强跟踪卡尔曼滤波在GPS定位中的应用
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第４ ２卷 第 １期
２ ０ １ ７年 ２月
全 球 定 位 系 统
Ｇ Ｎ ＳＳ Ｗ ｏｒｌ ｄ ｏｆ Ｃ ｈｉ ｎａ
Ｖｏ１ ． ４ ２， Ｎ０． １ Ｆｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ， Βιβλιοθήκη Baidu ０１ ７
基 于模 糊 逻 辑 的 自适应 强 跟 踪 卡 尔 曼 滤 波 在 ＧＰ Ｓ定 位 中 的 应 用
Ｚ 一 Ｌ ， ， ｄ ， ｊ ，
（ ２ ）
式 中： 系 统 状 态 向量 由接 收 机 的 位 置 （ ， Ｙ ， ） 、
速度（
，
， ， ） 、 钟 差 和钟 漂 ｆ 构成 ， 观 测
难题 。而文 献 Ｅ ６ ］ ～［ ９ ］ 的 研 究 者 在 引 入 渐 消 因 子
对 突变 状 态 的强跟 踪 能力 ， 且 估计 精度 高 等特 点 。
文献Ｅ ２ ］ ～Ｅ ｓ ］ 的研 究 者对 Ｅ ＫＦ提 出了引入 渐 消 因
子进 行 自适应 处 理 的方法 。 采 用渐 消 因子来 抑 制滤 波器 的记 忆 长度 ， 以便 充 分 利 用 现 时 的观 测 数 据 ，
赖性 强 、 鲁棒 性 差 的 问题 ， 提 出 了一种 基 于模 糊逻 辑 的 自适应 强跟 踪 卡 尔曼滤 波算 法 。该算 法
主 要 利 用 模 糊 逻 辑 自适 应 控 制 器 监 测 系 统 输 出 的 残 差 均 值 ， 并 根 据模 糊 规 则动 态调 整 弱 化 因 子， 从 而 对 强 跟 踪 滤 波 器 中 次 优 渐 消 因子 进 行 自适 应 调 整 ， 来 实现 抑 制 载 体 突 变 影 响 。仿 真 结
方法 的基 础 上提 出 了基 于 模 糊 控 制 的 自适 应 滤 波 方法 ， 利 用模 糊逻 辑 自适 应 控 制 器 （ Ｆ Ｌ ＡＣ） 来 在线
向量 由伪 距
采 样 时刻 。
和多 普勒 测量 值 ｄ 构成。 其 中 表
示第 ｉ 颗卫 星 ， ｉ 一１ ， ２ ， ３ … ， 为 可 见卫 星数 ； ｋ为
参 数 与实 际过 程参 数存 在较 大 差 异 时 ， ＫＦ 的估 计 精 度会 大 大下 降 ， 甚至发散 ， 且 ＫＦ在 系 统 达 到 平 稳 状 态时 ， 将 丧失 对 突 变 状 态 的跟 踪 能 力 ， 扩 展 卡 尔曼 滤 波 器 （ Ｅ ＫＦ）也 存 在 类 似 的 缺 点 ｌ ＿ １ ］ 。为 此 ，
胡 辉 ， 颜 瑜 军 ， 欧敏 辉 ， 彭雄 明。
（ １ ． 华东交通大学 信 息工程学院 ， 江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ； ２ 。 武汉梦芯科技有 限公司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ３ ）
摘 要 ：当载体 速度 频繁 发 生 突 变时 ， 针 对 卡 尔曼 滤 波在 ＧＰ Ｓ定位 解 算 中对 系统 模 型依
联 系人 ：颜 瑜 军 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｇ ｎ ｓ ｓ ５ ２ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
第 １期
合 导航 系统 中数 据 融 合 比较 成 功 。本 文 针 对 卡 尔 曼 滤波 在 ＧＰ Ｓ定 位 解 算 中对 系统 模 型依 赖 性 强 、
鲁 棒性 差 的 问题 ， 提 出 了一 种 基于模 糊 逻辑 的 自适 应 强跟 踪 卡尔 曼 滤 波 （ Ｆ ＡＳ ＴＫＦ ）算 法 ， 该 算 法 采 用一种 Ｆ Ｌ ＡＣ来 动 态 调 整 该 弱 化 因子 ， 从 而 对 次 优 渐消 因 子进 行“ 在线 ” 自适 应 调整 ， 进 一 步提 高 滤 波器跟踪精度 ， 仿 真 结 果 表 明 ，Ｆ ＡＳ Ｔ ＫＦ具 有 应
减 小 陈 旧量测 值 的影 响 ， 这类 处理 方法 处理 的基准 是认 为 系统状 态 协方 差 过小 ， 通过 在 系统 状态 协 方
１ ＧＰ Ｓ定 位 解 算 模 型
将 Ｅ ＫＦ应用 于 ＧＰ Ｓ定 位解 算 中 ， 首 要 是 建 立
状 态模 型 和观 测模 型 。 定义 Ｘ 为 系统状 态 向量 ，
为系 统观 测 向量 。
ｘ 一 Ｌ ＾ ， ， Ｙ ， ， ， 口 ， ， ８ ｔ ， 女 ｊ， （ １ ）
差上 乘 以渐 消 因子来 实 现稳定 跟 踪 ， 但 当系统 模 型 存 在 较大 误 差或 状态 突变 较 大 的情况 下 ， 其渐 消 因
子调 节 的效果 难 以区分且 渐 消 因子 的计算 复 杂 ， 因 此如 何选 取合 适 的渐 消 因 子 是 该 方 法 面 临 的 一个
节， 从 而 防止滤 波 器 发 散 ， 目前 这 类 算 法 主 要 在 组
０ 引 言
标 准 的卡 尔 曼 滤 波 器 （ ＫＦ）是 在 已 知 系 统 模 型和 量测 模型 以及 系 统 噪声 和量 测 噪声 的统 计 特
性 下 才会 获得 理想 的滤波 效果 。但 是 ， 当 系统模 型
果表 明 ： 该 算 法在 载 体 突 变的跟踪 精 度 高 于扩展 卡 尔曼滤 波和 强跟踪 卡 尔曼滤 ， 其稳 定 性也 有
所提 高。 关键 词 ： ＧＰ Ｓ ； 模 糊逻 辑 自适应 控 制 器 ； 强跟踪 滤 波 器 ； 卡 尔曼滤 波器 中图分 类号 ： Ｐ ２ ２ ８ ． ４ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ８ — ９ ２ ６ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ ０ ６ — ０ ６
调整 卡 尔曼 滤 波器 ， 对渐 消 因子进 行 自适 应模 糊 调
收 稿 日 期 ：２ ０ １ ６ — １ ０ — １ ０
资助项 目 ： 江 西 省 自然 科 学 基 金 （ 批 准号 ： ２ ０ １ ４ ２ Ｂ ＡＢ ２ ０ ７ ０ ０ １ ） ；江 西 省 教 育厅 科 学 技 术 研 究 项 目（ 编号 ： Ｇ Ｊ Ｊ １ ４ ３ ６ ９ ）
２ ０ １ ７年 ２月
全 球 定 位 系 统
Ｇ Ｎ ＳＳ Ｗ ｏｒｌ ｄ ｏｆ Ｃ ｈｉ ｎａ
Ｖｏ１ ． ４ ２， Ｎ０． １ Ｆｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ， Βιβλιοθήκη Baidu ０１ ７
基 于模 糊 逻 辑 的 自适应 强 跟 踪 卡 尔 曼 滤 波 在 ＧＰ Ｓ定 位 中 的 应 用
Ｚ 一 Ｌ ， ， ｄ ， ｊ ，
（ ２ ）
式 中： 系 统 状 态 向量 由接 收 机 的 位 置 （ ， Ｙ ， ） 、
速度（
，
， ， ） 、 钟 差 和钟 漂 ｆ 构成 ， 观 测
难题 。而文 献 Ｅ ６ ］ ～［ ９ ］ 的 研 究 者 在 引 入 渐 消 因 子
对 突变 状 态 的强跟 踪 能力 ， 且 估计 精度 高 等特 点 。
文献Ｅ ２ ］ ～Ｅ ｓ ］ 的研 究 者对 Ｅ ＫＦ提 出了引入 渐 消 因
子进 行 自适应 处 理 的方法 。 采 用渐 消 因子来 抑 制滤 波器 的记 忆 长度 ， 以便 充 分 利 用 现 时 的观 测 数 据 ，
赖性 强 、 鲁棒 性 差 的 问题 ， 提 出 了一种 基 于模 糊逻 辑 的 自适应 强跟 踪 卡 尔曼滤 波算 法 。该算 法
主 要 利 用 模 糊 逻 辑 自适 应 控 制 器 监 测 系 统 输 出 的 残 差 均 值 ， 并 根 据模 糊 规 则动 态调 整 弱 化 因 子， 从 而 对 强 跟 踪 滤 波 器 中 次 优 渐 消 因子 进 行 自适 应 调 整 ， 来 实现 抑 制 载 体 突 变 影 响 。仿 真 结
方法 的基 础 上提 出 了基 于 模 糊 控 制 的 自适 应 滤 波 方法 ， 利 用模 糊逻 辑 自适 应 控 制 器 （ Ｆ Ｌ ＡＣ） 来 在线
向量 由伪 距
采 样 时刻 。
和多 普勒 测量 值 ｄ 构成。 其 中 表
示第 ｉ 颗卫 星 ， ｉ 一１ ， ２ ， ３ … ， 为 可 见卫 星数 ； ｋ为
参 数 与实 际过 程参 数存 在较 大 差 异 时 ， ＫＦ 的估 计 精 度会 大 大下 降 ， 甚至发散 ， 且 ＫＦ在 系 统 达 到 平 稳 状 态时 ， 将 丧失 对 突 变 状 态 的跟 踪 能 力 ， 扩 展 卡 尔曼 滤 波 器 （ Ｅ ＫＦ）也 存 在 类 似 的 缺 点 ｌ ＿ １ ］ 。为 此 ，
胡 辉 ， 颜 瑜 军 ， 欧敏 辉 ， 彭雄 明。
（ １ ． 华东交通大学 信 息工程学院 ， 江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ； ２ 。 武汉梦芯科技有 限公司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ３ ）
摘 要 ：当载体 速度 频繁 发 生 突 变时 ， 针 对 卡 尔曼 滤 波在 ＧＰ Ｓ定位 解 算 中对 系统 模 型依
联 系人 ：颜 瑜 军 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｇ ｎ ｓ ｓ ５ ２ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
第 １期
合 导航 系统 中数 据 融 合 比较 成 功 。本 文 针 对 卡 尔 曼 滤波 在 ＧＰ Ｓ定 位 解 算 中对 系统 模 型依 赖 性 强 、
鲁 棒性 差 的 问题 ， 提 出 了一 种 基于模 糊 逻辑 的 自适 应 强跟 踪 卡尔 曼 滤 波 （ Ｆ ＡＳ ＴＫＦ ）算 法 ， 该 算 法 采 用一种 Ｆ Ｌ ＡＣ来 动 态 调 整 该 弱 化 因子 ， 从 而 对 次 优 渐消 因 子进 行“ 在线 ” 自适 应 调整 ， 进 一 步提 高 滤 波器跟踪精度 ， 仿 真 结 果 表 明 ，Ｆ ＡＳ Ｔ ＫＦ具 有 应
减 小 陈 旧量测 值 的影 响 ， 这类 处理 方法 处理 的基准 是认 为 系统状 态 协方 差 过小 ， 通过 在 系统 状态 协 方
１ ＧＰ Ｓ定 位 解 算 模 型
将 Ｅ ＫＦ应用 于 ＧＰ Ｓ定 位解 算 中 ， 首 要 是 建 立
状 态模 型 和观 测模 型 。 定义 Ｘ 为 系统状 态 向量 ，
为系 统观 测 向量 。
ｘ 一 Ｌ ＾ ， ， Ｙ ， ， ， 口 ， ， ８ ｔ ， 女 ｊ， （ １ ）
差上 乘 以渐 消 因子来 实 现稳定 跟 踪 ， 但 当系统 模 型 存 在 较大 误 差或 状态 突变 较 大 的情况 下 ， 其渐 消 因
子调 节 的效果 难 以区分且 渐 消 因子 的计算 复 杂 ， 因 此如 何选 取合 适 的渐 消 因 子 是 该 方 法 面 临 的 一个
节， 从 而 防止滤 波 器 发 散 ， 目前 这 类 算 法 主 要 在 组
０ 引 言
标 准 的卡 尔 曼 滤 波 器 （ ＫＦ）是 在 已 知 系 统 模 型和 量测 模型 以及 系 统 噪声 和量 测 噪声 的统 计 特
性 下 才会 获得 理想 的滤波 效果 。但 是 ， 当 系统模 型
果表 明 ： 该 算 法在 载 体 突 变的跟踪 精 度 高 于扩展 卡 尔曼滤 波和 强跟踪 卡 尔曼滤 ， 其稳 定 性也 有
所提 高。 关键 词 ： ＧＰ Ｓ ； 模 糊逻 辑 自适应 控 制 器 ； 强跟踪 滤 波 器 ； 卡 尔曼滤 波器 中图分 类号 ： Ｐ ２ ２ ８ ． ４ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ８ — ９ ２ ６ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ ０ ６ — ０ ６
调整 卡 尔曼 滤 波器 ， 对渐 消 因子进 行 自适 应模 糊 调
收 稿 日 期 ：２ ０ １ ６ — １ ０ — １ ０
资助项 目 ： 江 西 省 自然 科 学 基 金 （ 批 准号 ： ２ ０ １ ４ ２ Ｂ ＡＢ ２ ０ ７ ０ ０ １ ） ；江 西 省 教 育厅 科 学 技 术 研 究 项 目（ 编号 ： Ｇ Ｊ Ｊ １ ４ ３ ６ ９ ）