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卡尔曼滤波与组合导航TheoryofKalmanfilterandIntegratedNavigation

第四章最优滤波在惯性/天文/卫星组合导航系统中的应用nnnn

4.1概述精确打击惯性导航与组合导航我国对新一代战略导弹的命中精度要求进入100米级瓶颈导航制导系统（其误差占命中误差的70%）导致我国现役战略武器命中精度比要求值低5~10倍

4.1概述精确打击惯性导航与组合导航1991年：精确制导弹药比例仅为20%；16～18架次/目标2004年：上升到60%～70%；1个架次/目标关键提高导航系统性能、同时降低成本巡航导弹组合导航远程空空导弹弹道导弹地空导弹

4.1概述n几种常用的导航系统的优缺点优点：★完全自主、运动参数完备★短时精度高★广泛应用于武器装备特点提供位置速度姿态惯性导航系统缺点：误差积累、成本较高特点特点提供提供优点：★全天候、高精度★误差不积累卫星导航系统位置速度缺点：缺姿态信息、易被干扰优点：★自主、高精度★误差不积累天文定姿系统姿态缺点：无位置速度、气候受限

4.1概述nSINS/GPS组合导航的优缺点惯性导航系统优点：特点★综合惯性和卫星的优点★位置、速度不随时间发散信息融合?部分姿态角和惯性器件误差可观测度低?长时间工作姿态精度下降卫星导航系统

4.1概述nSINS/CNS组合导航的优缺点惯性导航系统优点：★完全自主、实时★运动参数完备★姿态误差不随时间发散缺点：信息特点融合?位置、速度误差随时间积累天文定姿系统

4.1概述nSINS/CNS/GPS组合导航的优缺点惯性导航系统优势互补！最理想的组合导航系统是惯性/卫星/天文组合导航系统卫星导航系统天文定姿系统取长补短！

4.1概述nSINS/CNS/GPS组合导航基本原理惯性导航系统最优滤波卫星导航系统天文定姿系统

4.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航4.2.1集中滤波概述n利用一个卡尔曼滤波器来集中地处理所有导航子系统的信息

4.2.1集中滤波概述(1)集中式滤波器结构滤波器参考系统子系统1时间更新子系统2子系统2最优融合

4.2.1集中滤波概述(2)集中式滤波器优点(1)(2)(3)

4.2.1集中滤波概述(3)集中式滤波器缺点(1)(2)

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(1)基于集中滤波器的SINS/CNS/GPS组合导航系统结构惯性导航系统卫星导航系统最优滤波天文定姿系统

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(3)系统误差模型n

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(3)系统误差模型n

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(3)系统误差模型n

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计nX系统状态向量

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计n平台误差角速度误差为了简化位置误差此处未将CNS和GPS的误差建为系统状态陀螺随机常值漂移不是姿态误差角加计随机常值偏置

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计nW系统噪声向量陀螺随机漂移加计随机误差

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计n状态转移矩阵

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计n

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计n观测量由星敏感器获得平台误差角由GPS获得位置速度误差

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(4)SINS/CNS/GPS集中滤波器设计n观测量量测矩阵

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(5)计算机仿真（弹道导弹）n

4.2.2基于集中滤波的SINS/CNS/GPS组合导航(5)计算机仿真（弹道导弹）n红色为主动段

n北航研制惯性/星光/卫星半物理仿真系统

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4.3基于联邦滤波的SINS/CNS/GPS组合导航4.3.1联邦滤波概述n利用卡尔曼滤波技术对组合导航系统进行最优估计组合的两种途径：1971年Pearson提出分散滤波的概念?利用子滤波器处理子系统的信息?通过全局滤波器实现所有子系统的信息融合?

4.3.1联邦滤波概述n分散滤波器结构参考系统主滤波器LF1LF2子系统1子系