組合導(dǎo)航與融合導(dǎo)航講述課件

1、1組合導(dǎo)航與融合導(dǎo)航21、概述組合導(dǎo)航同一平臺(tái)、多傳感器實(shí)施互補(bǔ)、互驗(yàn)、互校的導(dǎo)航系統(tǒng)。特點(diǎn)：各傳感器獨(dú)立輸出導(dǎo)航信息。融合導(dǎo)航同一平臺(tái)、多傳感器實(shí)施信息融合的導(dǎo)航系統(tǒng)。特點(diǎn)：多傳感器、統(tǒng)一輸出導(dǎo)航信息。組合導(dǎo)航一般強(qiáng)調(diào)硬件的最佳組合；融合導(dǎo)航一般強(qiáng)調(diào)多傳感器數(shù)據(jù)融合算法；融合導(dǎo)航與組合導(dǎo)航既有聯(lián)系又有區(qū)別，融合導(dǎo)航首先基于組合導(dǎo)航。1.1 概念31、概述（續(xù)）重磁導(dǎo)航（重力導(dǎo)航、磁力導(dǎo)航）現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、GALILEO、BD） 慣性導(dǎo)航（包括慣性導(dǎo)航INS、航位推算導(dǎo)航DR）天文導(dǎo)航系統(tǒng)（CNS）匹配導(dǎo)航（地形匹配導(dǎo)航、影像匹配導(dǎo)航）1.2 分類42

2、.1 衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一種天基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。它能夠在全球范圍，為多個(gè)用戶，全天候、實(shí)時(shí)、連續(xù)地提供高精度三維位置、速度及時(shí)間信息。美國：GPS；俄羅斯：GLONASS；目前己經(jīng)投入運(yùn)營或正在建設(shè)的幾個(gè)主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有：歐空局：GALILEO；中國：COMPASS。5結(jié)論：GPS不能保證安全、連續(xù)、精確、可靠導(dǎo)航美國2000年之后每年都將審議一次SA政策；美國軍方聲稱隨時(shí)都有可能改變GPS政策；GPS的系統(tǒng)信號(hào)在高緯度地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)盲區(qū)；美國國防部曾強(qiáng)調(diào)，限制敵人在戰(zhàn)時(shí)利用GPS。1）美國GPS可能存在問題2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航存在的問題2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展

3、即存在的問題6與GPS相比，GLONASS因運(yùn)行時(shí)間短，用戶尚少，目前還不具備象GPS增強(qiáng)系統(tǒng)和IGS網(wǎng)絡(luò)長期不間斷的觀測信息支持。 GPS接收機(jī)市場十分活躍，產(chǎn)品不斷翻新，而GLONASS目前還未達(dá)到這一水平，且GLONASS接收機(jī)供應(yīng)嚴(yán)重不足。 此外，因?yàn)闆]有GLONASS衛(wèi)星的精確軌道源數(shù)據(jù)，故無法測定精度。與GPS相比這是GLONASS的個(gè)一主要缺陷。 2）GLONASS存在的主要問題2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航存在的問題（續(xù)）2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題7“伽利略計(jì)劃”是由歐盟委員會(huì)和歐洲空間局共同發(fā)起并組織實(shí)施的歐洲民用衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃，它受多個(gè)國家政策和利益的制約，政策具有搖擺性。由于歐盟受美

4、國的影響極大，“伽利略計(jì)劃”本身的獨(dú)立性值得懷疑；GALILEO計(jì)劃目前已經(jīng)延后，考慮到目前的金融危機(jī)，未來的GALILEO如何發(fā)展現(xiàn)在還看不清楚。2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航存在的問題（續(xù)） 3）GALILEO存在的主要問題2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題8北斗一代系統(tǒng)由三顆地球同步衛(wèi)星、一個(gè)地面控制中心及各類用戶接收機(jī)組成?！氨倍芬惶?hào)”覆蓋范圍小，服務(wù)區(qū)由東經(jīng)70度至東經(jīng)145度，北緯5度到北緯55度，覆蓋我國和周邊地區(qū)。 “北斗一號(hào)”采用雙星定位技術(shù)，只能為終端用戶提供經(jīng)度和緯度，無法為用戶提供所在高度的數(shù)據(jù)，因此需要預(yù)先存儲(chǔ)需定位目標(biāo)的地面高程信息，并通過與地面中心站的聯(lián)系才能推算高度。3）北斗衛(wèi)星

5、定位系統(tǒng)可能存在的問題2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航存在的問題（續(xù)）2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題9由于地面高程精度不高，且衛(wèi)星數(shù)量少，無冗余信息，定位精度和可靠性不高。用戶必須向地面中心站申請(qǐng)定位，才能獲得定位信息，于是用戶的隱蔽性成問題。由于地面中心站是北斗一代的核心，地面中心站一旦遭攻擊，整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)將陷入癱瘓。北斗一號(hào)用戶受限，用戶過多會(huì)造成信道擁擠；信號(hào)需雙向傳送，很難滿足高動(dòng)態(tài)定位要求；3）北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可能存在的問題2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題10接收機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的接收機(jī)也必須入網(wǎng)注冊(cè)，否則無法定位；接收機(jī)必須經(jīng)過特許部門的測試才有市場準(zhǔn)入；接收機(jī)市場競爭局面很難打開；接收機(jī)電磁待機(jī)時(shí)間

6、短，很難用于長時(shí)間野外導(dǎo)航定位與通訊；BD跟蹤站只限在境內(nèi)，于是軌道精度也受限。3）北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可能存在的問題2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題112.3 北斗二代展望“北斗一號(hào)”衛(wèi)星的壽命即將到限，發(fā)展新一代北斗衛(wèi)星勢在必行。二代COMPASS，可望實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш蕉ㄎ?。必須解決防欺騙、防干擾、兼容性、互操作、降低發(fā)射功率等問題；需解決全球跟蹤問題。2、衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展即存在的問題12與外界不發(fā)生任何光、電和磁聯(lián)系隱蔽性好；工作不受氣象條件的限制可用性強(qiáng)；完全依靠運(yùn)動(dòng)載體設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)自主性好；能夠提供比較齊全的導(dǎo)航參數(shù)參數(shù)齊全；目前已廣泛應(yīng)用于潛艇、水面艦艇、軍用飛機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、

7、戰(zhàn)車和人造衛(wèi)星等領(lǐng)域應(yīng)用面廣。 3.1 慣性導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)3、慣性導(dǎo)航特點(diǎn)13系統(tǒng)精度主要取決于慣性測量元件，導(dǎo)航參數(shù)的誤差隨時(shí)間而積累，不適宜長時(shí)間導(dǎo)航。一般慣導(dǎo)系統(tǒng)的加熱和初始對(duì)準(zhǔn)所需時(shí)間較長，很難滿足遠(yuǎn)距離、高精度導(dǎo)航和其它特定條件下的快速反應(yīng)要求。 3.2 慣性導(dǎo)航的缺點(diǎn)位置誤差速度誤差3、慣性導(dǎo)航（續(xù)）144、天文導(dǎo)航根據(jù)天體來測定飛行器位置和航向的導(dǎo)航技術(shù)。即以天體為參考點(diǎn)，確定飛行器在空中的真航向。天體的坐標(biāo)位置和它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是已知的，測量天體相對(duì)于飛行器參考基準(zhǔn)面的高度角和方位角就可以計(jì)算出飛行器的位置和航向。星體跟蹤器望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天體方向可以測出飛行器前進(jìn)方向（縱軸）與天體方向（即

8、望遠(yuǎn)鏡軸線方向）之間的夾角（稱為航向角）。天體任一瞬間相對(duì)于子午線的夾角（即天體方位角）已知，天體方位角減去航向角即得飛行器的真航向。4.1 天文導(dǎo)航的基本概念與原理15天文導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式系統(tǒng)，不需要地面設(shè)備；不受人工或自然形成的電磁場的干擾；不向外輻射電磁波，隱蔽性好；定向、定位精度高，定位誤差不隨時(shí)間累積。因而天文導(dǎo)航得到廣泛應(yīng)用，并將在未來的深空探測中發(fā)揮更加廣泛的作用。 4.2 天文導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)4、天文導(dǎo)航（續(xù)）16 脈沖星是太陽系以外的遙遠(yuǎn)天體，它們的位置坐標(biāo)，如恒星星表一樣構(gòu)成一種高精度慣性參考系；脈沖星按一定頻率發(fā)射穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，其長期穩(wěn)定度好于最穩(wěn)定的銫原子鐘。脈沖星可以提供

9、絕好的空間參考基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)，所以脈沖星是空間飛行器的極好的天然導(dǎo)航信標(biāo)。4、天文導(dǎo)航（續(xù)）4.3 脈沖星導(dǎo)航174.4 脈沖星導(dǎo)航優(yōu)勢 提供良好的時(shí)間頻率源：可用于監(jiān)測原子鐘的長期穩(wěn)定度。長期觀測多顆脈沖星可以建立綜合脈沖星時(shí)，并應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間的維持。在航天器運(yùn)行期間，也可用于修正搭載原子鐘鐘面時(shí)，減少地面監(jiān)測站信息注入次數(shù)。 擴(kuò)大導(dǎo)航定位覆蓋范圍：X射線脈沖星導(dǎo)航可以精確自主地為飛行器提供位置、姿態(tài)和自然時(shí)間源。可用于空間攻防戰(zhàn)，極大增強(qiáng)我國的太空防御能力。4、天文導(dǎo)航（續(xù)）18 有效提高自主導(dǎo)航能力：X射線脈沖星導(dǎo)航在脈沖星參數(shù)確定后，在較長時(shí)間內(nèi)，可完全實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。大大

10、減輕地面測控系統(tǒng)的工作負(fù)擔(dān)，減少測控站的布設(shè)數(shù)量，降低航天器的運(yùn)行管理和維持費(fèi)用。 作為現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的備份：當(dāng)人造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到人為干擾或破壞，以至不能進(jìn)行導(dǎo)航服務(wù)時(shí)，單獨(dú)利用X射線脈沖星導(dǎo)航，可起到有效的備份作用。4、天文導(dǎo)航（續(xù)）19 提高抗干擾性：X射線脈沖星作為自然的天體，其運(yùn)行特性不會(huì)受到人為的破壞與干擾；X射線穿透性好，被污染物破壞的風(fēng)險(xiǎn)低；X波段特征顯著，可以避免空間各種信號(hào)的干擾；X射線探測器的穩(wěn)健性強(qiáng)，不需要任何光學(xué)儀器和特別的制冷設(shè)備；可以由一個(gè)單一的儀器自主完成時(shí)間、姿態(tài)及位置的測量。4、天文導(dǎo)航（續(xù)）20為了提高對(duì)動(dòng)態(tài)載體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（導(dǎo)彈、飛機(jī)、衛(wèi)星、坦克、車輛、艦

11、船等）的跟蹤精度或?qū)?dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)精度，需要多傳感器的組合導(dǎo)航。單一傳感器提供的信息很難滿足目標(biāo)跟蹤或狀態(tài)估計(jì)的精度要求，采用多個(gè)傳感器進(jìn)行組合導(dǎo)航，并將多類信息按某種最優(yōu)融合準(zhǔn)則進(jìn)行最優(yōu)融合，可望提高目標(biāo)跟蹤或狀態(tài)估計(jì)的精度。多傳感器組合導(dǎo)航（多星座衛(wèi)星組合、衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合等）成為導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。5、組合導(dǎo)航系統(tǒng)5.1 背景21GPS、GLONASS、BD及GALILEO衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，本身都存在著固有的缺陷或人為施加的干擾，于是，使用單一的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在著很大風(fēng)險(xiǎn)。GPS系統(tǒng)受美國國家政策的影響，隨時(shí)可能出現(xiàn)人為“故障”，使得非美國的盟國不能利用衛(wèi)星資源，或其衛(wèi)星信號(hào)中存

12、在顯著的異常干擾。GLONASS系統(tǒng)，雖然尚無明確的信號(hào)干擾政策，但它由俄羅斯空軍控制，特殊時(shí)期的應(yīng)用難以保證，而且GLONASS衛(wèi)星的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)航精度也成問題。5.2 多星座衛(wèi)星導(dǎo)航組合5、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)） 需求22由于多星座提高了衛(wèi)星星座的幾何結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可用性（availability）；GPS/GLONASS/COMPASS/Galileo全部建成后，衛(wèi)星覆蓋率將極大增強(qiáng)（星空璀璨100顆衛(wèi)星以上），提高導(dǎo)航定位的連續(xù)性（continuity）；多衛(wèi)星信號(hào)組合可以很容易地探測和診斷某類衛(wèi)星信號(hào)的故障和隨機(jī)干擾，并及時(shí)予以排除或及時(shí)給用戶發(fā)送預(yù)警信息，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，從而

13、提高系統(tǒng)的完好性（integrity）；多衛(wèi)星系統(tǒng)可提高相位模糊度搜索速度。5、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)） 衛(wèi)星組合導(dǎo)航的性能優(yōu)勢235、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)） 衛(wèi)星組合導(dǎo)航的誤差補(bǔ)償優(yōu)勢系統(tǒng)誤差軌道系統(tǒng)誤差、衛(wèi)星鐘差、多路徑誤差；隨機(jī)誤差信號(hào)隨機(jī)誤差、軌道隨機(jī)誤差、鐘差隨機(jī)誤差;有色噪聲太陽光壓、隨時(shí)間變化的鐘差;異常誤差周跳、變軌誤差。利用多種導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)有利于誤差補(bǔ)償提高導(dǎo)航定位的精度和可靠性。24 衛(wèi)星組合導(dǎo)航的缺點(diǎn)1）存在信號(hào)遮擋。當(dāng)接收機(jī)天線被建筑、隧道等遮擋時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)中斷，無法定位。2）抗干擾能力差。當(dāng)存在人為干擾時(shí)，接收機(jī)碼環(huán)環(huán)路很容易失鎖，導(dǎo)致接收機(jī)無法定位。3）多類衛(wèi)星信號(hào)在同一載體

14、上常形成互相干擾。4）數(shù)據(jù)輸出頻率低。盡管目前一些新的GPS接收機(jī)可以提供10 Hz的無插值定位輸出，但大多數(shù)接收機(jī)的定位輸出頻率仍然為1 Hz。5）GPS、GLONASS、GALILEO分別由各自研制國直接控制，使用權(quán)受制于人。5、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)）25盡管衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有較高精度和較低的成本，且具有長期穩(wěn)定性。多類導(dǎo)航衛(wèi)星組合仍然不能完全擺脫衛(wèi)星信號(hào)受遮擋而不能實(shí)施導(dǎo)航的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)載體通過遂道或行駛在高聳的樓群間的街道時(shí)，這種信號(hào)盲區(qū)一般不能通過多類衛(wèi)星組合加以克服。INS由于具有全天候、完全自主、不受外界干擾、可以提供全導(dǎo)航參數(shù)（位置、速度、姿態(tài)）等優(yōu)點(diǎn)，是目前最主要的導(dǎo)航系統(tǒng)之一。INS

15、有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：導(dǎo)航定位誤差隨時(shí)間積累。5.3 衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合 需求5、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)）26可發(fā)現(xiàn)并標(biāo)校慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，提高導(dǎo)航精度。彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)缺損問題，提高導(dǎo)航能力。提高衛(wèi)星導(dǎo)航載波相位的模糊度搜索速度，提高信號(hào)周跳的檢測能力，提高組合導(dǎo)航的可靠性?？梢蕴岣咝l(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲能力，提高整體導(dǎo)航效率。增加觀測冗余度，提高異常誤差的監(jiān)測能力，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)功能。提高導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，提高完好性。6、組合導(dǎo)航系統(tǒng)（續(xù)） GNSS與INS組合導(dǎo)航的優(yōu)勢27松組合又稱級(jí)聯(lián)Kalman濾波(Cascaded Kalman Filter)方式。觀測量INS和GNSS輸出

16、的速度和位置信息的差值；系統(tǒng)方程INS線性化的誤差方程；通過擴(kuò)展Kalman濾波（Extended Kalman Filter= EKF）對(duì)INS的速度、位置、姿態(tài)以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)結(jié)果對(duì)INS進(jìn)行輸出或者反饋校正。6、衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航組合方式6.1 松散組合(Loosely-Coupled Integration) 松組合基本概念28GNSS接收機(jī)通常通過自己的Kalman濾波輸出其速度和位置，這種組合導(dǎo)致濾波器的串聯(lián)，使組合導(dǎo)航觀測噪聲時(shí)間相關(guān)（有色噪聲），不滿足EKF觀測噪聲為白噪聲的基本要求，嚴(yán)重時(shí)可能使濾波器不穩(wěn)定。幾乎無冗余信息，不利于異常診斷，不利于進(jìn)行隨機(jī)

17、模型改化 。 松組合的主要缺點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以大幅度提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，并使INS具有動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)能力。 松組合的主要優(yōu)點(diǎn)6、衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航組合方式（續(xù)）29觀測量根據(jù)GNSS接收機(jī)收到的星歷信息和INS輸出的位置和速度信息，計(jì)算相應(yīng)于INS位置的偽距和偽距率，GNSS接收機(jī)測量得到的偽距和偽距速率與INS計(jì)算值的差值。通過EKF對(duì)INS的誤差和GPS接收機(jī)的誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，然后對(duì)INS進(jìn)行輸出或者反饋校正。由于不存在濾波器的級(jí)聯(lián)，并可對(duì)GNSS接收機(jī)的測距誤差進(jìn)行建模，因此這種偽距、偽距率組合方式比位置、速度組合具有更高的組合精度。而且在可見星的個(gè)數(shù)少于4顆時(shí)也可以使用。6.

18、2 緊組合（Tightly-Coupled Integration）6、衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航組合方式（續(xù)）30深組合是使用慣性導(dǎo)航信息對(duì)GNSS接收機(jī)進(jìn)行輔助導(dǎo)航的組合方式。主要思想：既使用濾波技術(shù)對(duì)INS的誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，同時(shí)使用校正后的INS速度信息對(duì)接收機(jī)的載波環(huán)、碼環(huán)進(jìn)行輔助跟蹤，從而減小環(huán)路的等效帶寬，增加GPS接收機(jī)在高動(dòng)態(tài)或強(qiáng)干擾環(huán)境下的跟蹤能力。嵌入式組合將INS和GNSS進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，通過共用電源、時(shí)鐘等進(jìn)一步減小體積、降低成本和減小非同步誤差的影響。6.3 深組合（Deeply-Coupled Integration）6、衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航組合方式（續(xù)）31 思路各傳感器

19、觀測信息分別與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行濾波解算，得到分濾波結(jié)果；各分濾波器結(jié)果與主濾波器進(jìn)行融合；采用聯(lián)邦濾波原理（Federated Klamn filter）7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展7.1 聯(lián)邦濾波算法32 聯(lián)邦濾波算法示意圖參考系統(tǒng)局部傳感器r局部濾波器rLr主濾波器時(shí)間傳遞狀態(tài)轉(zhuǎn)移融合更新L1局部傳感器1局部濾波器1局部傳感器2局部濾波器2L2 原理7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.1 聯(lián)邦濾波算法(續(xù))33聯(lián)邦濾波存在的問題1.主要問題是LF/LF及LF/MF之間的相關(guān)性問題 2. 局部傳感器和主傳感器使用了相同狀態(tài)方程 精度差 次優(yōu)可靠性差某一傳感器故障原理成立前提？7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.1

20、 聯(lián)邦濾波算法(續(xù))347、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）聯(lián)邦濾波算法不是最優(yōu)算法，且穩(wěn)定性無法得到保障（吳德平等，申功勛，2001）。聯(lián)邦濾波要求局部傳感器采用Kalman濾波處理，且局部系統(tǒng)采用相同的轉(zhuǎn)移矩陣和系統(tǒng)噪聲矩陣，實(shí)際上許多導(dǎo)航儀內(nèi)部處理模塊并非采用Kalman濾波器。聯(lián)邦濾波在融合處理時(shí)往往對(duì)局部系統(tǒng)噪聲矩陣進(jìn)行統(tǒng)一放大，對(duì)高精度、高可靠性的傳感器造成效率損失，而對(duì)低精度傳感器的誤差又得不到應(yīng)有控制。 特點(diǎn)7.1 聯(lián)邦濾波算法(續(xù))35各局部傳感器的濾波采用了相同的或相近的狀態(tài)方程，導(dǎo)致主濾波器與各局部濾波器輸出量之間以及各局部濾波器輸出量之間不獨(dú)立，其解不具有嚴(yán)格性和最優(yōu)性。如果狀態(tài)

21、方程出現(xiàn)擾動(dòng)誤差，將影響每個(gè)濾波器的性能，最終影響整體濾波效果，從而導(dǎo)致導(dǎo)航解的可靠性差。 特點(diǎn)（續(xù)）7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.1 聯(lián)邦濾波算法(續(xù))36 解決相關(guān)性問題的現(xiàn)有途徑忽略相關(guān)性？動(dòng)力學(xué)模型導(dǎo)致的相關(guān)性，本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)載體擾動(dòng)對(duì)所有傳感器濾波結(jié)果影響的相關(guān)性，忽略這種相關(guān)性，有時(shí)會(huì)帶來災(zāi)難性的導(dǎo)航結(jié)果。各傳感器采用不同的狀態(tài)方程？但同一動(dòng)態(tài)載體一般很難建立多個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力學(xué)模型。相關(guān)數(shù)據(jù)融合濾波？數(shù)據(jù)處理相當(dāng)復(fù)雜。改變采樣間隔又會(huì)產(chǎn)生同步問題。7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.1 聯(lián)邦濾波算法(續(xù))377.2 動(dòng)、靜態(tài)濾波算法（楊-武大學(xué)報(bào)2003）7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 思路選擇

22、一個(gè)精度較高的傳感器與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波解算，得到動(dòng)態(tài)濾波結(jié)果；其他傳感器觀測信息與動(dòng)態(tài)濾波結(jié)果進(jìn)行融合；分別采用Kalman濾波原理和序貫平差原理。38動(dòng)態(tài)濾波： ，靜態(tài)濾波： ，靜態(tài)濾波： ，傳感器2： ，傳感器3： ，傳感器 ： ， 狀態(tài)向量估值動(dòng)、靜濾波算法示意圖7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 原理7.2 動(dòng)、靜態(tài)濾波算法（續(xù)）39 特點(diǎn)狀態(tài)方程信息只在動(dòng)態(tài)濾波階段使用，隨后的靜態(tài)濾波只使用前一個(gè)傳感器的濾波解作為狀態(tài)預(yù)報(bào)值;動(dòng)、靜態(tài)濾波很容易擴(kuò)展成抗差濾波融合和自適應(yīng)濾波融合;動(dòng)、靜態(tài)濾波解與整體濾波解等價(jià)。7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.2 動(dòng)、靜態(tài)濾波算法（續(xù)）407.3 基于幾何

23、導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (Yang et al. JON 2004)若各傳感器均有冗余觀測信息，可直接從觀測信息進(jìn)行融合解算，并進(jìn)行異常診斷及系統(tǒng)誤差分析；利用各傳感器的幾何導(dǎo)航解進(jìn)行融合，不至于使某一傳感器的異常信息污染其他傳感器的導(dǎo)航結(jié)果，便于傳感器的異常診斷；直接融合觀測信息一般不會(huì)重復(fù)使用動(dòng)力學(xué)模型信息，因而不會(huì)造成各傳感器輸出量之間相關(guān)。 背景7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）417、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 思路各傳感器觀測信息分別進(jìn)行單歷元靜態(tài)平差，獲得幾何導(dǎo)航解；將綜合幾何導(dǎo)航解與動(dòng)力學(xué)模型信息進(jìn)行融合；幾何導(dǎo)航解算中可采用抗差估計(jì)；與動(dòng)力學(xué)模型信息進(jìn)行融合時(shí)，引入自適應(yīng)因子控制動(dòng)力學(xué)

24、模型異常的影響；自適應(yīng)因子采用幾何融合導(dǎo)航結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型信息的較差構(gòu)造。7.3 基于幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (續(xù))42基于各傳感器幾何導(dǎo)航解的自適應(yīng)融合導(dǎo)航7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 基本原理7.3 基于幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (續(xù))43等價(jià)權(quán)矩陣為信息矩陣為7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 基本解自適應(yīng)調(diào)節(jié)因子滿足7.3 基于幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (續(xù))44基于多傳感器局部幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合解具有較嚴(yán)密的理論基礎(chǔ);局部導(dǎo)航解之間及局部導(dǎo)航解與主濾波器輸出量之間不相關(guān),可提高導(dǎo)航解的精度;可同時(shí)控制觀測異常和狀態(tài)預(yù)報(bào)值異常的影響,具有很強(qiáng)的抗差性和容錯(cuò)性;解決各傳感器輸出

25、量的合理信息分享問題。缺點(diǎn)：任一傳感器信息不足時(shí)，該方法不可用。 特點(diǎn)7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.3 基于幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (續(xù))45采用模擬數(shù)據(jù) 計(jì)算與分析7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）X軸方向7.3 基于幾何導(dǎo)航結(jié)果的自適應(yīng)融合導(dǎo)航 (續(xù))467.4 基于觀測信息抗差估計(jì)的自適應(yīng)融合（楊等武大學(xué)報(bào)2004）7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)） 思路各傳感器觀測信息單獨(dú)進(jìn)行抗差估計(jì)，保證局部導(dǎo)航階段可靠性；引入動(dòng)力學(xué)模型信息進(jìn)行融合時(shí)，計(jì)算自適應(yīng)因子控制動(dòng)力學(xué)模型異常的影響；自適應(yīng)因子采用幾何融合導(dǎo)航結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型信息的較差構(gòu)造。47基于觀測信息抗差估計(jì)和狀態(tài)預(yù)測信息的自適應(yīng)融合導(dǎo)航狀態(tài)方

26、程觀測信息： ，抗差解 抗差解 抗差解傳感器r：觀測信息 ，傳感器r：觀測信息 ，傳感器r：觀測信息 ，融合導(dǎo)航解自適應(yīng)估計(jì) 基本原理7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.4 基于觀測信息抗差估計(jì)的自適應(yīng)融合（續(xù)）48 自適應(yīng)融合解為7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.4 基于觀測信息抗差估計(jì)的自適應(yīng)融合（續(xù)）49 特點(diǎn)對(duì)各局部傳感器觀測信息實(shí)施抗差估計(jì)提高容錯(cuò)能力；各局部融合導(dǎo)航解之間不相關(guān)提高導(dǎo)精度;基于抗差估計(jì)提供較可靠的狀態(tài)初值，再對(duì)狀態(tài)方程信息引入自適應(yīng)因子控制動(dòng)力模型誤差影響；可同時(shí)控制觀測異常值和狀態(tài)預(yù)報(bào)值異常影響具有很強(qiáng)的抗差性和容錯(cuò)性?；诳共罱獾娜诤纤惴ㄓ?jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)。7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）7.4 基于觀測信息抗差估計(jì)的自適應(yīng)融合（續(xù)）50采用模擬數(shù)據(jù) 計(jì)算與分析7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）X軸方向7.4 基于觀測信息抗差估計(jì)的自適應(yīng)融合（續(xù)）517.5 基于方差分量估計(jì)的自適應(yīng)融合導(dǎo)航(測繪學(xué)報(bào)2004)7、融合導(dǎo)航算法進(jìn)展（續(xù)）