北航卡尔曼滤波研究生课程2007-2008-学年-第二学期期末试卷.doc

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2007－2008学年第二学期期末试卷

一、什么是导航?与制导什么区别？常用的导航方法有哪些？试述其优缺点及发展趋势。（本题共10分）

测量载体的导航参数，位置、速度和姿态等

制导是根据预先规划的航路，自动引导载体到达目的地的技术和方法

天文导航——航海、航天惯性导航——与惯性器件水平有关无线电导航——卫星导航

惯性导航优点：自主性强，短时间精度高，连续提供位置、速度、姿态；缺点：误差随时间积累，价格昂贵（精度越高，价格越贵）。卫星导航优点：精度高，误差不积累，全球，全天时，全天候，接收机价格便宜；缺点：成本昂贵，不为我国所有，不能输出姿态信息，输出不连续。（随机性误差）天文导航优点：完全自主，误差不积累，不仅可得位置信息、还可得到姿态信息；缺点：定位精度不够高（与敏感器精度有关），输出信息不连续。

二、画出离散卡尔曼滤波的计算流程，试述各个方程的物理意义（本题10分）

三、SINS/GPS组合导航系统通常采用卡尔曼滤波进行浅组合，通常选取哪些状态变量和观测量？状态变量初值如何选取？P阵初值的选取对滤波器有什么影响？该系统中是如何进行位置校正、速度校正及姿态校正的？（本题15分）

四、试述卡尔曼滤波的局限性？采用什么滤波方法能够解决卡尔曼滤波不能解决的问题？（本题15分）

卡尔曼滤波的使用条件线性系统系统噪声为高斯噪声真实系统：非线性系统、有色噪声非线性系统EKF扩展卡尔曼滤波（非线性系统）UKF——不需对状态方程和量测方程线性化非高斯噪声系统PF——系统噪声可以为任意分布非线性系统、非高斯噪声UPF——非线性系统、系统噪声为任意分布

五、什么是传递对准？试画出传递对准的原理框图？试述常用的匹配方案及其优缺点？（本题15分）

传递对准是指载体航行时，载体上需要对准的子惯导利用已对准好的主惯导的信息进行初始对准的一种方法。传递对准是一种动基座对准方法，它除了具有动机座对准的一般规律外，还具有其固有的特点及性质速度匹配的特点方法成熟，精度较高，对准时间较长。位置匹配方案方法较为成熟，并得到了实际应用但是精度不高，且对准时间较长角速度匹配方案速度快受载体振动影响较大只能用于主惯导和子惯导都是捷联惯导的情况，姿态角匹配方案，对准速度较快，中等精度

姿态矩阵匹配方案精度较高，但受载体振动影响适合主惯导和子惯导都是捷联惯导的情况组合方案速度＋姿态、速度＋姿态矩阵是主要发展方向

六．机载SAR运动补偿用SINS/DGPS组合导航系统与传统的SINS/DGPS有什么区别？影响该系统性能的主要因素有哪些，这些因素如何影响系统性能的?

长时间高精度，连续平滑输出。体积小，重量轻

SINS的主要误差源：初始失准角、陀螺常值漂移、陀螺随机漂移、加速度计常值偏置、加速度计随机偏置。纯计算机仿真时，减少仿真时间至15秒，位置误差的二次以上项大约为0.2~0.3mm左右，这是因为二次以上项位置误差至少是以时间的三次方增长的;采用真实惯导数据分析位置误差二次以上项，分析结果表明，无法满足0.4mm的高阶误差要求;初始失准角和陀螺常值漂移是影响SINS短时间内位置误差二次以上项的最主要因素。其中陀螺常值漂移的影响随时间减小而减弱

七、惯性导航系统、卫星导航系统、磁罗盘是飞机上常用的导航设备，尝试设计基于联邦滤波的惯性/卫星/磁罗盘组合导航系统，试画出系统滤波器结构，试选取系统状态变量和观测量，最后试述该组合导航系统的特点。（注：磁罗盘可提供磁航向Φm，Φm=Φ+α+ζ，其中Φ为航向，ζ为量测噪声，α为航向与磁航向之间的偏差角，此处可认为是常值）（本题20分）