衛星導航系統-第16講-船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合-2


卡爾曼濾波技術

濾波

組合導航實質上是多傳感器信息融合。通過對各導航子系統的輸出的有效處理,應用信息融合的理論與技術,完成狀態估計並獲取最終的導航參數。

狀態估計:
                對目標過去的運動狀態進行平滑
                對目標現在的運動狀態進行濾波
                對目標未來的運動狀態進行預測

濾  波:從混合在一起的諸多信號中提取出所需信號的過程。

 卡爾曼濾波

卡爾曼濾波算法是一種線性最小方差估計的遞推算法,相對其它幾種隨機信號濾波方法,卡爾曼濾波具有如下特點:

算法是遞推的,且在時域內設計濾波器;

采用動力學方程描述被估計量的動態變化規律;

卡爾曼濾波具有連續型和離散型兩類算法。

應  用:阿波羅登月、C-5A飛機導航系統。

卡爾曼濾波估計原理

 

 

 INS/GPS組合技術

 

 

 

 狀態方程建立

在船用慣性導航系統的使用中,通過對常值陀螺漂移的補償,消除了常值陀螺漂移造成的系統位置、速度和姿態誤差,但隨機漂移的影響依然存在。慣導和GPS組合濾波,在對系統輸出作最優估計的同時,還可對隨機的漂移進行估計和補償,從而提高慣導系統本身的精度。

考慮陀螺隨機漂移時,用一階馬爾可夫過程對其狀態進行描述:

 

 量測方程建立

 

 INS/GPS組合實例

 推算船位/GPS組合技術

 

 推廣卡爾曼濾波器

推算船位和GPS構成的組合系統,由於其狀態方程不再是線性的,因而必須采用推廣的卡爾曼濾波器處理。
推廣的卡爾曼濾波器是通過對現時狀態估計進行線性化的方法,解決非線性系統的濾波問題。由於它與普通卡爾曼濾波器的相似性,一般把推廣的卡爾曼濾波器作為對任意非線性濾波問題首先試用的方法之一。

 

 

 

 

 

 

 

 


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