組合導(dǎo)航的基本構(gòu)成及工作模式

1、卡爾曼濾波卡爾曼濾波在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用組合導(dǎo)航組合導(dǎo)航通過對兩種或多種導(dǎo)航系統(tǒng)測量或輸出信息進(jìn)行綜合處理（應(yīng)用卡爾曼濾波等狀態(tài)估計方法），獲得更高的導(dǎo)航精度和可靠性。l組合導(dǎo)航的基本思想：組合導(dǎo)航的基本思想：l慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信號與獨立測量的由其它導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)出的相同的量進(jìn)行比較；l通過卡爾曼濾波器給出對導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的實時估計；l通過適當(dāng)?shù)男Ｕ绞?，對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行修正，就有可能獲得比單獨慣性系統(tǒng)更高的導(dǎo)航精度。組合導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航主要研究內(nèi)容組合導(dǎo)航主要研究內(nèi)容l組合導(dǎo)航系統(tǒng)中,各個系統(tǒng)觀測得到的信息是有差異的，如何從有差異的兩個或多個觀測信息中得到真

2、實的導(dǎo)航信息是發(fā)展組合導(dǎo)航中研究的重點之一。組合導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)估計方法導(dǎo)航狀態(tài)估計方法導(dǎo)航狀態(tài)估計方法l從具有隨機噪聲的量測信息中提取或求解狀態(tài)的真實解。l狀態(tài)：導(dǎo)航參數(shù)或其誤差量導(dǎo)航參數(shù)：運動體的位置、速度等狀態(tài)量隨機誤差：慣導(dǎo)的陀螺儀誤差，加速度計誤差，衛(wèi)星導(dǎo)航的時間誤差等等。組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)估計方法組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)估計方法應(yīng)用卡爾曼濾波解決組合導(dǎo)航問題基本步驟：應(yīng)用卡爾曼濾波解決組合導(dǎo)航問題基本步驟：（1）選取狀態(tài)量（直接法、間接法），列寫狀態(tài)方程（2）選取量測量，列寫量測方程（3）連續(xù)系統(tǒng)離散化（4）利用卡爾曼濾波步驟遞推估計出狀態(tài)（5）利用估計出的狀態(tài)得到導(dǎo)航參

3、數(shù)（輸出校正、反饋校正）直接法l直接以各導(dǎo)航子系統(tǒng)的導(dǎo)航輸出參數(shù)各導(dǎo)航子系統(tǒng)的導(dǎo)航輸出參數(shù)作為狀態(tài)間接法間接濾波是指以各子系統(tǒng)的誤差量以各子系統(tǒng)的誤差量作為狀態(tài)、實現(xiàn)組合導(dǎo)航的濾波處理方法。間接濾波中的各個狀態(tài)量都是誤差量，系統(tǒng)方程是指狀態(tài)誤差量的運動方程。估計出的是誤差量。直接法和間接法的比較直接法和間接法的比較l（1）直接法較準(zhǔn)確的反應(yīng)真實狀態(tài)的演變情況，間接法是按一階近似推導(dǎo)出來的，有一定的近似性。l（2）直接法的方程一般都是非線性方程，而間接法的系統(tǒng)方程可近似視為線性方程。l具有一定精度的導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差量都可看做小量，因此用誤差量作為狀態(tài)的狀態(tài)方程和量測方程可近似為線性方程。l（3）直

4、接法中濾波器輸出的就是導(dǎo)航參數(shù)的估計及某些誤差量（平臺誤差角）的估計，因此可使慣導(dǎo)避免許多重復(fù)計算。l（4）間接法的各狀態(tài)都是誤差量，相應(yīng)的數(shù)量級是相近的。而直接法中，有的是導(dǎo)航參數(shù)本身，如速度和位置，有的是數(shù)值很小的誤差，如姿態(tài)誤差角，數(shù)值相差很大，這給數(shù)值計算帶來一定的困難，且影響這些誤差估計的準(zhǔn)確性。怎么利用估計出的誤差量？怎么利用估計出的誤差量？從卡爾曼濾波器得到的估計又有兩種利用方法：開環(huán)法或輸出校正法開環(huán)法或輸出校正法閉環(huán)法或反饋校正法閉環(huán)法或反饋校正法輸出校正開環(huán)法或輸出校正法開環(huán)法或輸出校正法將估計值作為組合系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)的輸出,或作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)的校正量。l閉環(huán)法或反饋

5、校正法閉環(huán)法或反饋校正法是將估計反饋到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和輔助導(dǎo)航系統(tǒng)中，估計出的導(dǎo)航參數(shù)就作為慣性導(dǎo)航力學(xué)編排中的相應(yīng)參數(shù)，估計出的誤差作為校正量，將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或其它導(dǎo)航設(shè)各中的相應(yīng)誤差量校正掉。反饋校正組合導(dǎo)航系統(tǒng)的工作模式組合導(dǎo)航系統(tǒng)的工作模式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航的組合，根據(jù)不同的應(yīng)用要求可以有不同方式的組合，按照組合的深度，可分為以下三類： 重調(diào)法 松組合 緊組合重調(diào)法重調(diào)法當(dāng)獲取衛(wèi)星導(dǎo)航參數(shù)時，組合導(dǎo)航系統(tǒng)直接以衛(wèi)星導(dǎo)航的輸出參數(shù)代替慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出參數(shù)。在下一次獲得衛(wèi)星導(dǎo)航參數(shù)前，慣性系統(tǒng)在被修正后的精度基礎(chǔ)上，按固有規(guī)律繼續(xù)工作并輸出導(dǎo)航參數(shù)，同時也繼續(xù)產(chǎn)生新的誤差積累，直到被

6、下一次獲取的衛(wèi)星導(dǎo)航信息修正。松組合松組合是指各傳感器之間并不相互修正與輔助并不相互修正與輔助，只是利用各傳感器的觀測信息，通過狀態(tài)估計，得到關(guān)于導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)或次最優(yōu)估計。松組合是一種相對容易實現(xiàn)的組合，其主要特點是GPS接收機和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)仍獨立工作，組合作用僅表現(xiàn)在用GPS接收機輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。松組合松組合緊組合緊組合利用各傳感器之間的各自優(yōu)點以及濾波得到的關(guān)于各導(dǎo)航傳感器的參數(shù)估計值，在傳感器之間進(jìn)在傳感器之間進(jìn)行相互輔助，相互修正行相互輔助，相互修正,以減小傳感器各自的系統(tǒng)誤差與量測誤差，提高估計精度。緊組合工作模式是組合程度較深的組合方式，其主要特點是GPS接收機和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相互輔助。GPS不需要導(dǎo)航解算。緊組合緊組合緊組合的基本方式是偽距、偽距率組合。將GPS測得偽距和由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算得到的偽距之差作為卡爾曼濾波的觀測量。cossincossinsincosyxieyxxieiexyxxieieyxiezVVtgRRVVVtgRRRVVVtgRRRVR secsecyxxVRV