本发明属于导航制导及控制领域，尤其涉及一种基于比例因子的自适应ekf(extended kalman filter，扩展卡尔曼滤波)sins/gps组合导航方法。
背景技术：
1、在各种导航系统中，捷联惯性导航系统(strap-down inertial navigationsystem,sins)的优点主要有以下几点：
2、(1)不被外界环境因素干扰；
3、(2)在进行导航工作时，实时更新速率快，短时间内导航精度高；
4、(3)自主能力强，仅依靠自身惯性器件的惯性信息进行导航。
5、但是，由于捷联惯性导航系统在工作中本质上属于积分计算，因此，其缺点是导航定位误差会随着时间积累，无法长时间提供准确的导航信息。
6、全球卫星导航定位系统(global positioning system,gps)优点为：一是能长期向用户载体提供导航信息，二是其导航定位误差不会随时间的增加而增加。但是工作过程中，gps易被外部环境影响，导致导航精度变低、抗干扰能力差、存在多路径效应和实时更新速率低等问题。
7、从上述分析可知，捷联惯性导航系统与全球卫星导航定位系统在功能上具有互补性，若将两者进行有机组合形成sins/gps组合导航系统，能够同时兼顾两者的各种优点，相较于两种导航方式单独工作，组合导航系统的导航精度更加优越。
8、但是，sins/gps松组合导航系统因其组合程度较低，仅以位置信息和速度信息作为量测信息，导致非线性和噪声统计量不精确。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于比例因子的sins/gps组合导航方法，以解决以位置和速度为量测信息的sins/gps松组合导航系统非线性和噪声统计量不精确问题，以及传统快照法难以识别卫星缓变故障的问题。
2、本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于比例因子的sins/gps组合导航方法，包括：
3、根据捷联惯性导航系统和全球卫星导航定位系统的状态方程构建sins/gps紧组合导航系统的状态方程和量测方程；
4、根据sins/gps紧组合导航系统的量测新息对sins/gps紧组合导航系统进行故障检测；
5、基于故障检测结果，根据sins/gps紧组合导航系统的量测新息构建自适应比例因子；
6、根据所述自适应比例因子对sins/gps紧组合导航系统的量测噪声方差阵进行实时调整，进而实时更新扩展卡尔曼滤波方程，根据更新后的扩展卡尔曼滤波方程解算组合导航数据。
7、进一步地，构建sins/gps紧组合导航系统的状态方程和量测方程，包括：
8、构建捷联惯性导航系统的状态方程，具体表达式为：
9、
10、wi(t)＝[wgx,wgy,wgz,wax,way,waz]；
11、其中，xi(t)表示捷联惯性导航系统的状态向量，fi(t)表示捷联惯性导航系统的状态转移矩阵，gi(t)表示捷联惯性导航系统的噪声分配矩阵，wi(t)表示捷联惯性导航系统的过程噪声向量，表示东向姿态误差角，表示北向姿态误差角，表示天向姿态误差角，δve表示东向速度误差，δvn表示北向速度误差，δvu表示天向速度误差，δl表示纬度误差，δλ表示经度误差，δh表示高度误差，εbx表示x向陀螺仪零偏，εby表示y向陀螺仪零偏，εbz表示z向陀螺仪零偏，wgx表示x向陀螺仪过程噪声，wgy表示y向陀螺仪过程噪声，wgz表示z向陀螺仪过程噪声，wax表示x向加速度计过程噪声，way表示y向加速度计过程噪声，waz表示z向加速度计过程噪声；
12、构建全球卫星导航定位系统的状态方程，具体表达式为：
13、
14、wg(t)＝[wtu wtru]；
15、其中，xg(t)表示全球卫星导航定位系统的状态向量，fg(t)表示全球卫星导航定位系统的状态转移矩阵，gg(t)表示全球卫星导航定位系统的噪声分配矩阵，wg(t)表示全球卫星导航定位系统的过程噪声向量，表示卫星钟漂误差，表示卫星钟漂率误差，βtru表示钟漂率系数，wtu表示卫星钟漂噪声，wtru表示卫星钟漂率噪声；
16、联立捷联惯性导航系统和全球卫星导航定位系统的状态方程，得到sins/gps紧组合导航系统的状态方程，具体表达式为：
17、
18、状态向量x为：
19、过程噪声向量为：w＝[wgx,wgy,wgz,wax,way,waz,wtu,wtru]t；
20、根据所述状态向量x构建伪距量测方程，具体表达式为：
21、zρ(t)＝δρ＝hρ(t)x(t)+vρ(t)；
22、hρ＝[04×6hρ104×6hρ2]4×17；hρ2＝[10]；
23、其中，zρ(t)表示系统伪距量测，δρ表示系统伪距误差，hρ(t)表示系统伪距量测向量，vρ(t)表示系统伪距量测噪声；hρ1表示中间变量，hρ2表示中间变量；ζ＝x,y,z，表示ζ向的方向余弦，表示卫星1的ζ向的方向余弦，表示卫星2的ζ向的方向余弦，表示卫星3的ζ向的方向余弦；表示大地坐标系到地心地固坐标系的坐标转换矩阵；
24、根据所述状态向量x构建伪距率量测方程，具体表达式为：
25、
26、
27、其中，表示表示系统伪距率量测，表示表示系统伪距率误差，表示表示系统伪距率量测向量，表示表示系统伪距率量测噪声；表示中间变量，表示中间变量；
28、根据所述伪距量测方程和伪距率量测方程构建sins/gps紧组合导航系统的量测方程，具体表达式为：
29、
30、其中，z表示量测信息，ρsins表示捷联惯导解算的伪距，ρg表示卫星输出伪距，表示捷联惯导解算的伪距率，表示卫星输出伪距率，h表示量测矩阵，v表示量测噪声矩阵。
31、进一步地，根据sins/gps紧组合导航系统的量测新息对sins/gps紧组合导航系统进行故障检测，包括：
32、根据sins/gps紧组合导航系统的量测新息定义故障检测统计量，具体公式为：
33、
34、
35、其中，表示故障检测统计量，ravg表示sins/gps紧组合导航系统的滤波器新息，vavg表示中间变量，m表示检测数据长度，rk表示sins/gps紧组合导航系统的当前时刻量测新息，vk表示滤波器新息在当前时刻k的方差，hk表示当前时刻量测矩阵，pk/k-1表示状态一步预测方差阵，rk表示当前时刻量测噪声方差阵；
36、根据所述故障检测统计量和门限值判断sins/gps紧组合导航系统是否出现故障。
37、进一步地，根据所述故障检测统计量和门限值判断sins/gps紧组合导航系统是否出现故障，包括：
38、在给定的误警率α下，当时，sins/gps紧组合导航系统工作正常；当时，sins/gps紧组合导航系统出现故障。
39、进一步地，所述自适应比例因子的表达式为：
40、
41、其中，αi表示第i个子滤波器的自适应比例因子；表示第i个子滤波器的预报残差，zi,k表示第i个子滤波器的量测量，hi,k表示与第i子滤波器的量测量相关的量测矩阵分量，表示第i个一步预测状态量，σr表示量测噪声的均方差，c0、c1均表示预报残差的常数阈值。
42、进一步地，所述扩展卡尔曼滤波方程的更新公式为：
43、
44、
45、
46、
47、
48、
49、其中，表示状态一步预测阵，表示k-1时刻状态估计向量，pk,k-1表示状态一步预测协方差阵，φk,k-1表示状态转移矩阵，pk-1表示k-1时刻状态估计协方差阵，γk-1表示系统矩阵，qk-1表示k-1时刻系统噪声阵；表示调整后的量测噪声方差阵，ri,k表示调整前的量测噪声方差阵，αi表示第i个子滤波器的自适应比例因子；kk表示当前时刻滤波增益矩阵，hk表示当前时刻量测矩阵，rk表示当前时刻量测噪声方差阵；表示当前时刻状态估计向量，zk表示当前时刻量测向量；pk表示当前时刻状态估计协方差值，i表示单位矩阵。
50、有益效果
51、与现有技术相比，本发明的优点在于：
52、本发明利用自主完好性外推算法对量测信息进行了初步的筛选，有效识别了卫星缓变故障信息，提高了量测信息的准确度，进而提高了sins/gps紧组合导航系统的滤波精度，改善了导航性能；本发明通过自适应比例因子对量测噪声方差阵进行实时调整，改善了sins/gps紧组合导航系统非线性问题和噪声模型不明确问题，进而提高了sins/gps紧组合导航系统的精度。
1.一种基于比例因子的sins/gps组合导航方法，其特征在于，所述组合导航方法包括：
2.根据权利要求1所述的sins/gps组合导航方法，其特征在于，构建sins/gps紧组合导航系统的状态方程和量测方程，包括：
3.根据权利要求1所述的sins/gps组合导航方法，其特征在于，根据sins/gps紧组合导航系统的量测新息对sins/gps紧组合导航系统进行故障检测，包括：
4.根据权利要求3所述的sins/gps组合导航方法，其特征在于，根据所述故障检测统计量和门限值判断sins/gps紧组合导航系统是否出现故障，包括：
5.根据权利要求1所述的sins/gps组合导航方法，其特征在于，所述自适应比例因子的表达式为：
6.根据权利要求1～5中任一项所述的sins/gps组合导航方法，其特征在于，所述扩展卡尔曼滤波方程的更新公式为：
