第28卷第2期 数据采集与处理 Vol.28 No.2 2013年3月 Journal of Data Acquisition &Processing Mar.2013 文章编号：1004-9037(2013)02-0213-06 MCMC粒子滤波的GPS定位数据处理算法 王尔申蔡明庞涛 (沈阳航空航天大学电子信息工程学院，沈阳，110136) 摘要：针对基于传统粒子滤波的GPS(Global positioning system)定位数据处理方法存在粒子退化的问题，研究了基于 马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carol,MCMC)粒子滤波的GPS定位数据处理算法，引入典型的MCMC方 法一Metropolis Hastings(MH)抽样算法。利用观测伪距非高斯误差分布，建立重要密度函数，将MCMC粒子滤波 与建立的GPS系统非线性状态空间模型结合。实测数据实验结果表明，MCMC粒子滤波可有效柳制粒子逃化，解决 了GS定位数据滤波这一非线性非高斯问题，避免了噪声的高斯假设和非线性部分的线性化误差，与基于传统粒子滤 波的GS定位数据处理方法相比，该方法降低了定位数据经纬度和速度估计误差，获得了更高的定位精度，并能够在 GPS信号质量较差情况下，对GS定位数据有效滤波，保证载体在此期间内保持较高的位置精度。 关键词：全球定位系统：拉子滤波：马尔可夫链蒙特卡罗方法；数据处理 中图分类号：V241.6;TN967,1 文献标志码：A GPS Positioning Data Processing Algorithm Based on MCMC Particle Filter Wang Ershen,Cai Ming,Pang Tao (School of Electronic and Information Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang,110136,China) Abstract:Global positioning system (GPS)positioning data processing algorithm based on the Markov chain and Monte Carlo (MCMC)particle filter is discussed to solve the problem of GPS positioning data processing based on the standard particle filter (PF)suffers from severe sample degeneracy.The standard MCMC method,Metropolis Hastings (M-H)sampling,is incorporated into the particle filter algorithm framework,and applied to GPS positioning data processing.It combines the particle filter with the GPS system nonlinear dynamic state-space model.The MCMC method is adapted to solve the degeneracy phenomenon of particle filter.It is effective to nonlinear and non-Gaussian state estimation problems in GPS positioning data processing.Experimental results based on real GPS data show that the MCMC particle filter can increase the sample variety and reduce sample degeneracy.GPS positioning data processing based on the MCMC particle filter reduces the error of position and velocity,compared with GPS positioning data processing based on the standard particle filter.Moreover,the MCMC particle filter can provide a highly accurate positioning value as an aided method when the GPS signal quality is poor. Key words:GPS;particle filtering;Markov chain Monte Carlo (MCMC)method;data pro- cessing GPS)在军事和民用方面均得到了越来越广泛的应 引 言 用。比如在汽车和船舰导航、交通管理、车辆监控、 警车指挥、航空摄影、海洋捕捞作业和农业工程等应 目前，全球定位系统(Global positioning system, 用领域，目前多采用动态单点式的GPS接收机或嵌 基金项目：国家自然科学基金(61101161)资助项目：航空科学基金(2011ZC54010)资助项目：辽宁省博士启动基金 (20101081)资助项目。 收稿日期：2012-08-12；修订日期：2012-10-18 万方数据第28卷第2期 2013年3月 数 据 采 集 与 处 理 Journal of Data Acquisition&Processing V01．28 No．2 Mar．2013 引 文章编号：1004—9037(2013102—0213—06 MCMC粒子滤波的GPS定位数据处理算法 王尔申 蔡 明 庞 涛 (沈阳航空航天大学电子信息工程学院，沈阳，110136) 摘要：针对基于传统粒子滤波的GPS(Global positioning system)定位数据处理方法存在粒子退化的问题，研究了基于 马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carol，MCMC)粒子滤波的GPS定位数据处理算法，引入典型的MCMC方 法——Metro叫is Hastings(M-H)抽样算法。利用观测伪距非高斯误差分布，建立重要密度函数，将MCMC粒子滤波 与建立的GPS系统非线性状态空间模型结合。实测数据实验结果表明，MCMC粒子滤波可有效抑制粒子退化，解决 了GPS定位数据滤波这一非线性非高斯问题，避免了噪声的高斯假设和非线性部分的线性化误差，与基于传统粒子滤 波的GPS定位数据处理方法相比，该方法降低了定位数据经纬度和速度估计误差，获得了更高的定位精度，并能够在 GPS信号质量较差情况下，对GPS定位数据有效滤波，保证栽体在此期间内保持较高的位置精度。 关键词：全球定位系统；粒子滤波；马尔可夫链蒙特卡罗方法；数据处理 中图分类号：V241．6；TN967．1 文献标志码：A GPS Positioning Data Processing Algorithm Based on MCMC Particle Filter Wang Ershen，Cai Ming，Pang Tao (School of Electronic and Information Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang，110136，China) Abstract：Global positioning system(GPS)positioning data processing algorithm based on the Markov chain and Monte Carlo(MCMC)particle filter iS discussed to solve the problem of GPS positioning data processing based on the standard particle filter(PF)suffers from severe sample degeneracy．The standard MCMC method，Metropolis Hastings(M—H)sampling，is incorporated into the particle filter algorithm framework，and applied tO GPS positioning data processing．It combines the particle filter with the GPS system nonlinear dynamic state—space model．The MCMC method is adapted to solve the degeneracy phenomenon of particle filter．It is effective to nonlinear and non—Gaussian state estimation problems in GPS positioning data processing．Experimental results based on real GPS data show that the MCMC particle filter can increase the sample variety and reduce sample degeneracy．GPS positioning data processing based on the MCMC particle filter reduces the error of position and velocity，compared with GPS positioning data processing based on the standard particle filter．Moreover，the MCMC particle filter can provide a highly accurate positioning value as an aided method when the GPS signal quality is poor． Key words：GPS；particle filtering；Markov chain Monte Carlo(MCMC)method；data pro— cessing 目前，全球定位系统(Global positioning system， GPS)在军事和民用方面均得到了越来越广泛的应 用。比如在汽车和船舰导航、交通管理、车辆监控、 警车指挥、航空摄影、海洋捕捞作业和农业工程等应 用领域，目前多采用动态单点式的GPS接收机或嵌 基金项目：国家自然科学基金(61101161)资助项目；航空科学基金(201IZC54010)资助项目；辽宁省博士启动基金 (20101081)资助项目。 收稿日期：2012—08—12；修订日期：2012—10—18 {||日 万方数据