卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航-課件

卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航

1ppt課件第七章、機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析三、IMU的精確標(biāo)定四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)與飛行試驗(yàn)研究2ppt課件SPOT-5拍攝大連機(jī)場(chǎng)天基對(duì)地觀測(cè)空基對(duì)地觀測(cè)近空間對(duì)地觀測(cè)

高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)

國家中長期發(fā)展規(guī)劃

16個(gè)重大專項(xiàng)之一!

對(duì)地觀測(cè)

對(duì)地觀測(cè)——人類社會(huì)發(fā)展的需求一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述1.1研究的意義3ppt課件

空基對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好分辨率高經(jīng)濟(jì)成本低、周期短組成：飛行器

觀測(cè)設(shè)備地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述1.1研究的意義4ppt課件

空基高分辨對(duì)地觀測(cè)的兩大技術(shù)手段一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述SAR的優(yōu)點(diǎn)：1、全天時(shí)/全天候2、分辨率不受距離影響3、穿透成像4、立體成像SARSAR圖像光學(xué)圖片光學(xué)相機(jī)5ppt課件美國LynxSAR對(duì)地面坦克成像合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)

獲取軍事情報(bào)不可或缺的手段，在偵察、打擊、打擊評(píng)估等方面發(fā)揮重要作用。我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迫切需求高分辨率合成孔徑雷達(dá)（1）國家重大需求之一：軍事需求一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述6ppt課件我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迫切需求高分辨率合成孔徑雷達(dá)（2）國家重大需求之二：西部無圖區(qū)測(cè)繪西部202萬平方公里1：5萬無圖區(qū)

人工測(cè)圖？42人犧牲100多人受傷必須采用SAR地處偏遠(yuǎn)，卻資源豐富其中30萬平方公里，終年陰雨雪連綿！

嚴(yán)重阻礙了西部大開發(fā)的進(jìn)程一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述7ppt課件（3）國家重大需求之三：地址災(zāi)害監(jiān)測(cè)山體滑坡地面沉降

地面沉降、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害影響人類的生活質(zhì)量和生命安全。干涉合成孔徑雷達(dá)技術(shù)是當(dāng)前對(duì)地面沉降、山體滑坡進(jìn)行大面積有效監(jiān)測(cè)的唯一手段。我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迫切需求高分辨率合成孔徑雷達(dá)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述8ppt課件（4）國家重大需求之四：國土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)2000~2010年，國家投入120億進(jìn)行新一輪國土資源調(diào)查仍需不斷更新我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迫切需求高分辨率合成孔徑雷達(dá)我國東北、華北地區(qū)大氣污染嚴(yán)重陰雨和大氣污染光學(xué)相機(jī)可觀測(cè)天數(shù)僅為5~30％

合成孔徑雷達(dá)是最有效的手段！一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述9ppt課件21世紀(jì)初國際上以高分辨和三維成像為代表的先進(jìn)合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)發(fā)展迅猛：2000年美國干涉合成孔徑雷達(dá)完成全球地形測(cè)繪一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述10ppt課件1976年開始了機(jī)載SAR技術(shù)的研究1979年我國第一部合成孔徑雷達(dá)，180米分辨率1985年10米分辨率，多極化1997年3米分辨率我國第一部合成孔徑雷達(dá)我國早期的SAR圖像3米分辨率1997~2000年國內(nèi)機(jī)載SAR技術(shù)水平1999年美國0.1米分辨率（SandiaLab）一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述11ppt課件SAR成像要求載機(jī)勻速直線飛行一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述機(jī)載合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償原理圖理想航線實(shí)際航線不可能為勻速直線必須運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

自聚焦方法:

計(jì)算量巨大,高分辨率SAR難以實(shí)時(shí)基于SINS/GPS的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償:

計(jì)算量小，精度高機(jī)載高分辨率SAR實(shí)時(shí)成像的必要手段技術(shù)瓶頸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是高分辨率機(jī)載SAR的關(guān)鍵12ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述加拿大APPLANIX公司的SAR運(yùn)補(bǔ)用撓性陀螺IMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)POS/AV5101.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——加拿大POS/AV510C/ADGPS后處理定位(m)4.0~6.00.5~2.00.05~0.3速度(m/s)0.050.050.005側(cè)滾與俯仰()0.0080.0080.005實(shí)際航向()0.0700.050.00813ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述POS/AV510應(yīng)用于美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研制的LynxSAR使LynxSAR實(shí)現(xiàn)了0.1米分辨率POS/AV5101.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——加拿大14ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述德國IGI公司研制的SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償用光纖陀螺IMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)Aerocontrl1.2POS研究現(xiàn)狀——德國AerocontrolC/ADGPS后處理定位(m)4.0~6.00.5~2.00.1速度(m/s)0.050.050.003側(cè)滾與俯仰()0.0060.0060.003實(shí)際航向()0.0700.050.00715ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述Aerocontrol應(yīng)用于德國DLR研制的E-SAR使E-SAR實(shí)現(xiàn)了0.25米分辨率光纖陀螺IMU/GPS組合系統(tǒng)Aerocontrol1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——德國16ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述美國Litton公司研制的光纖陀螺IMU/GPS組合系統(tǒng)LTN101應(yīng)用于德國Aerosensing研制的AES-1干涉SAR,實(shí)現(xiàn)0.5米分辨率基于光纖陀螺IMU/GPSLTN1011.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——美國

國外的高分辨率機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)成熟未來發(fā)展的甚高分辨率機(jī)載SAR的關(guān)鍵仍是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償！17ppt課件起步較晚，引起廣泛關(guān)注，受到國外的技術(shù)封鎖北航與航空618所聯(lián)合研制了基于SINS/DGPS的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)SARMC獲教育部提名科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——中國SARMCC/ADGPS定位(m)5

–

151-3速度(m/s)0.30.1側(cè)滾與俯仰()0.030.02實(shí)際航向()0.2-0.30.118ppt課件一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀——中國SARMC應(yīng)用于中科院電子所研制的0.5米分辨率機(jī)載SAR實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了0.5米分辨率19ppt課件第七章、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究20ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.1系統(tǒng)總體方案普通SINS/DGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)能否滿足運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊?？長時(shí)間高精度連續(xù)平滑輸出二次以上項(xiàng)位置誤差小于0.4mm(合成孔徑時(shí)間內(nèi))體積小重量輕安裝在SAR天線平臺(tái)上6.5Kg21ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.1系統(tǒng)總體方案運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償參數(shù)捷聯(lián)算法B可能滿足運(yùn)補(bǔ)需求GPSIMU捷聯(lián)算法A組合導(dǎo)航濾波器一般導(dǎo)航應(yīng)用反饋校正+-22ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.1系統(tǒng)總體方案該方案結(jié)合了SINS的數(shù)據(jù)平滑、短時(shí)間內(nèi)精度高與GPS誤差不積累的優(yōu)點(diǎn)；捷聯(lián)A與GPS組合抑制了捷聯(lián)慣導(dǎo)的長時(shí)間誤差積累，為捷聯(lián)B提供精確初始參數(shù)；捷聯(lián)B的輸出用于機(jī)載SAR高分辨率成像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，消除了GPS不連續(xù)跳變誤差的影響。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償參數(shù)捷聯(lián)算法BGPSIMU捷聯(lián)算法A組合導(dǎo)航濾波器一般導(dǎo)航應(yīng)用反饋校正+-23ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.2SINS選型

激光陀螺IMU

光纖陀螺IMU

撓性陀螺IMU合成孔徑時(shí)間內(nèi)二次以上量誤差小于0.4mm質(zhì)量小于6.5Kg

高分辨率實(shí)時(shí)SAR對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提出了苛刻的要求

國內(nèi)慣性技術(shù)水平不高體積質(zhì)量太大技術(shù)成熟，體積質(zhì)量較小精度中等,可通過組合技術(shù)提高精度目前運(yùn)補(bǔ)系統(tǒng)的首選國內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位:618,13,33,16,707等提高撓性陀螺IMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度是關(guān)鍵！目前精度高的體積質(zhì)量太大體積質(zhì)量小的精度太低未來發(fā)展的方向24ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.3SINS算法編排選取東北天坐標(biāo)系（航向逆時(shí)針為正）25ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.4SINS/GPS數(shù)學(xué)模型選取15階狀態(tài)變量平臺(tái)誤差角速度誤差位置誤差陀螺隨機(jī)常值漂移加計(jì)隨機(jī)常值偏置26ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.4SINS/GPS數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)狀態(tài)方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣噪聲轉(zhuǎn)移矩陣27ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.4SINS/GPS數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)狀態(tài)方程W系統(tǒng)噪聲向量陀螺隨機(jī)漂移加計(jì)隨機(jī)誤差28ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.4SINS/GPS數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)量測(cè)方程觀測(cè)量由GPS獲得位置速度誤差29ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.4SINS/GPS數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)量測(cè)方程觀測(cè)量量測(cè)矩陣30ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.5系統(tǒng)誤差分析0.5米分辨率SAR對(duì)SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的要求：

合成孔徑時(shí)間(10-20秒)內(nèi)二次以上項(xiàng)位置誤差小于0.4mm。誤差分析的方法：采用仿真的方法，分析SINS各種誤差源在合成孔徑時(shí)間內(nèi)對(duì)二次以上項(xiàng)位置誤差的影響，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。SINS的主要誤差源：

初始失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移、陀螺隨機(jī)漂移、加速度計(jì)常值偏置、加速度計(jì)隨機(jī)偏置。31ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.5系統(tǒng)誤差分析基于計(jì)算機(jī)仿真的系統(tǒng)誤差分析：仿真參數(shù)仿真結(jié)果初始失準(zhǔn)角陀螺常值漂移（單位：度/小時(shí)）陀螺隨機(jī)漂移（單位：度/小時(shí)）加速度計(jì)常值偏置（單位：g）加速度計(jì)隨機(jī)偏置（單位：g）一0.10.055×10-55×10-5二[000]0.10.055×10-55×10-5三[000]00.055×10-55×10-5四[000]005×10-55×10-5五[000]0005×10-5六0.020.015×10-55×10-5七0.10.051×10-41×10-4仿真參數(shù)表32ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析基于計(jì)算機(jī)仿真的系統(tǒng)誤差分析：仿真數(shù)據(jù)仿真結(jié)果北向位置誤差（單位：m）二次以上項(xiàng)北向位置誤差最大幅值（單位：mm）東向位置誤差（單位：m）二次以上項(xiàng)東向位置誤差最大幅值（單位：mm）一0~60秒2.038717.71230.18569.41180~15秒0.11330.24560.00450.0985二0~60秒1.031610.05290.68459.16840~15秒0.05760.12510.04960.0971三0~60秒0.86161.59170.85490.64260~15秒0.05490.10050.05220.1724四0~60秒0.86271.55280.85350.63940~15秒0.05490.10100.05220.1689五0~60秒0.01861.50890.02060.57180~15秒2.8996e-0040.10220.00240.1711六0~60秒1.78104.78130.03632.45580~15秒0.10930.07130.00160.1413七0~60秒3.751719.09110.199610.15550~15秒0.22150.23580.00640.204733ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析典型仿真條件七：水平失準(zhǔn)角20角秒方位失準(zhǔn)角30角分陀螺常值漂移0.1°/h陀螺隨機(jī)漂移0.05°/h加速度計(jì)常值偏置

1×10-4g加速度計(jì)隨機(jī)偏置

0.5×10-4g15秒內(nèi)位置誤差及其二次以上項(xiàng)誤差曲線

基于計(jì)算機(jī)仿真的系統(tǒng)誤差分析：34ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.5系統(tǒng)誤差分析基于半物理仿真的系統(tǒng)誤差分析：仿真條件七：水平失準(zhǔn)角20角秒方位失準(zhǔn)角30角分陀螺常值漂移0.1°/h陀螺隨機(jī)漂移0.05°/h加速度計(jì)常值偏置

1×10-4g加速度計(jì)隨機(jī)偏置

0.5×10-4g位置誤差及位置誤差二次以上項(xiàng)35ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析2.5系統(tǒng)誤差分析——結(jié)論

純計(jì)算機(jī)仿真時(shí)，減少仿真時(shí)間至15秒，位置誤差的二次以上項(xiàng)大約為0.2~0.3mm左右，這是因?yàn)槎我陨享?xiàng)位置誤差至少是以時(shí)間的三次方增長的;

采用真實(shí)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)分析位置誤差二次以上項(xiàng)，分析結(jié)果表明，無法滿足0.4mm的高階誤差要求;

初始失準(zhǔn)角和陀螺常值漂移是影響SINS短時(shí)間內(nèi)位置誤差二次以上項(xiàng)的最主要因素。其中陀螺常值漂移的影響隨時(shí)間減小而減弱。36ppt課件第七章、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究37ppt課件三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.1標(biāo)定的意義和必要性加速度通道偏置誤差刻度因數(shù)安裝誤差角速度通道

常值誤差標(biāo)度因數(shù)與g有關(guān)項(xiàng)安裝誤差慣性測(cè)量單元誤差要求嚴(yán)格

正交裝配三陀螺三加計(jì)xyz占SINS誤差的90％必須標(biāo)定補(bǔ)償38ppt課件三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.1標(biāo)定的意義和必要性標(biāo)定的定義：根據(jù)輸入的已知標(biāo)稱量，求解系統(tǒng)確定性誤差的過程。標(biāo)定的必要性：確定性誤差占整個(gè)SINS誤差的90％以上，必須標(biāo)定！誤差模型（主要是陀螺，加速度計(jì)相對(duì)簡單）陀螺誤差模型9個(gè)誤差系數(shù)，如果從IMU角度考慮，還應(yīng)該考慮兩個(gè)安裝誤差

標(biāo)定就是確定誤差模型中的誤差系數(shù)！39ppt課件三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.2多位置靜態(tài)標(biāo)定法常用誤差模型（不考慮與g2有關(guān)項(xiàng)）

刻度因數(shù)常值漂移安裝誤差與g有關(guān)項(xiàng)40ppt課件三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.2多位置靜態(tài)標(biāo)定法標(biāo)定方法利用轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)IMU到六個(gè)已知位置，即可建立六個(gè)方程聯(lián)立求解，即可求得6個(gè)誤差系數(shù)。通常轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)位置，位置越多，精度越高。數(shù)據(jù)處理方法最小二乘法位置對(duì)稱誤差對(duì)消法計(jì)算簡單方便,常用物理意義明確

多位置靜態(tài)標(biāo)定可標(biāo)定出全部誤差系數(shù)，但精度不高！且存在靜態(tài)標(biāo)定不一致問題（不同6位置結(jié)果相差很大）！41ppt課件三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.3速率標(biāo)定法標(biāo)定方法

使轉(zhuǎn)臺(tái)按照某一角速度旋轉(zhuǎn)，IMU隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，根據(jù)IMU的輸出和轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度計(jì)算標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差優(yōu)缺點(diǎn)精度較高，且方法簡單只能確定標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差42ppt課件多位置靜態(tài)標(biāo)定速率標(biāo)定三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)3.4動(dòng)靜結(jié)合的混合標(biāo)定方法可標(biāo)定出全部誤差系數(shù)精度不高存在標(biāo)定不一致問題只標(biāo)定出部分誤差系數(shù)精度較高分析步驟一：通過轉(zhuǎn)臺(tái)速率實(shí)驗(yàn)標(biāo)定標(biāo)度因數(shù)與安裝誤差步驟二：將速率實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的結(jié)果帶入靜態(tài)多位置實(shí)驗(yàn)，采用位置對(duì)稱誤差對(duì)消法標(biāo)定其余的誤差系數(shù)動(dòng)靜結(jié)合混合標(biāo)定43ppt課件第七章、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究44ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1濾波穩(wěn)定性研究濾波器發(fā)散的定義:

在KALMAN濾波計(jì)算過程中，常常有這樣一種現(xiàn)象：當(dāng)量測(cè)值數(shù)量K不斷增大時(shí)，按濾波方程計(jì)算的估計(jì)均方差陣趨于零或某一穩(wěn)態(tài)值，但估計(jì)值相對(duì)實(shí)際的被估計(jì)值的偏差卻越來越大，從而使濾波器失去作用，這種現(xiàn)象稱為濾波器發(fā)散。45ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1濾波穩(wěn)定性研究濾波器發(fā)散的原因:（1） 描述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征的數(shù)學(xué)模型和噪聲的統(tǒng)計(jì)模型不準(zhǔn)確，引起的發(fā)散稱為濾波發(fā)散。（2） 由計(jì)算的舍入誤差積累引起的濾波器發(fā)散稱為計(jì)算發(fā)散。46ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1濾波穩(wěn)定性研究濾波器發(fā)散的解決方法:（1） 計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展——通常不再考慮計(jì)算誤差；（2） 濾波發(fā)散的最主要因素——模型不準(zhǔn)確，噪聲突變（3）機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS由于長時(shí)間直線飛行，系統(tǒng)可觀測(cè)性差，長時(shí)間后系統(tǒng)模型不準(zhǔn)確，常常導(dǎo)致濾波發(fā)散（4）必須對(duì)濾波器進(jìn)行改造：多模自適應(yīng)，H∞濾波，混合校正濾波，多級(jí)準(zhǔn)閉環(huán)濾波47ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1.1混合校正Kalman濾波技術(shù)(1)輸出校正不修正慣導(dǎo)內(nèi)部的誤差狀態(tài)。隨著時(shí)間增加，誤差越來越大，導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型與實(shí)際系統(tǒng)不吻合，結(jié)果組合系統(tǒng)導(dǎo)航精度降低。(2)反饋校正的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差逐漸偏離，由于卡爾曼濾波器在濾波開始到穩(wěn)定需要一段時(shí)間。若在濾波初期將第一步得到的估計(jì)值反饋回慣導(dǎo)系統(tǒng)，再將下一步的預(yù)測(cè)值置零，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的精度降低。兩種傳統(tǒng)校正方式的缺點(diǎn):48ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1.1混合校正Kalman濾波技術(shù)SINSDGPS輸出校正反饋校正XIXG+-混合校正濾波技術(shù)結(jié)構(gòu)圖KALMAN濾波器混合校正有效地提高了濾波器的穩(wěn)定性！49ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1.2基于系統(tǒng)可觀測(cè)度分析的自適應(yīng)反饋校正濾波50ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1.2基于系統(tǒng)可觀測(cè)度分析的自適應(yīng)反饋校正濾波飛行試驗(yàn)陀螺漂移分別為0.103°/h（1σ）、0.112°/h（1σ）和0.137°/h（1σ加計(jì)偏置分別為115μg（1σ）、89μg（1σ）和106μg（1σGPS的速度誤差為0.1m/s（RMS），單點(diǎn)定位誤差為5m（RMS）載波相位差分位置誤差為0.05m（RMS）。51ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.1.3多模自適應(yīng)濾波技術(shù)（1） SINS/GPS系統(tǒng)中通常假設(shè)系統(tǒng)模型單一且始終不變；（2） 單一的模型難以描述不同工作條件、工作狀態(tài)下的傳感器誤差；（3）處理上述問題最有效的方法就是采用多參考誤差模型的自適應(yīng)卡爾曼濾波估計(jì)。52ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法基于模型1的卡爾曼濾波器基于模型1的卡爾曼濾波器基于模型1的卡爾曼濾波器基于模型1的卡爾曼濾波器假設(shè)檢驗(yàn)算法∑uZ4.1.3多模自適應(yīng)濾波技術(shù)濾波器庫53ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波(1)濾波器的計(jì)算復(fù)雜度與狀態(tài)維數(shù)的三次方成正比；(2)系統(tǒng)狀態(tài)變量過多——維數(shù)災(zāi)難；(3)對(duì)SINS/GPS進(jìn)行可觀測(cè)度分析，有些系統(tǒng)狀態(tài)變量不可觀測(cè)；(4)基于系統(tǒng)可觀測(cè)度分析的降維濾波是解決該問題的有效方法。54ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)狀態(tài)變量選取可觀測(cè)度低4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波傳統(tǒng)15維狀態(tài)變量略去可觀測(cè)度低的四個(gè)狀態(tài)變量55ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)狀態(tài)變量選取4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波11維狀態(tài)變量略去可觀測(cè)度低的四個(gè)狀態(tài)變量56ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)狀態(tài)方程W系統(tǒng)噪聲向量陀螺隨機(jī)漂移加計(jì)隨機(jī)誤差4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波57ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)狀態(tài)方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波58ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)狀態(tài)方程4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波59ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)量測(cè)方程觀測(cè)量由GPS獲得位置速度誤差4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波60ppt課件二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析系統(tǒng)量測(cè)方程觀測(cè)量量測(cè)矩陣4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波61ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波

仿真條件：陀螺常值漂移0.1o/h；陀螺隨機(jī)漂移0.05o/h；加速度計(jì)常值偏置為100ug；加速度計(jì)隨機(jī)偏置為50ug；失準(zhǔn)角分別為：[10″10″1′]。GPS采用差分定位，測(cè)速精度約為0.05米/秒，位置精度約為0.05米（1σ）。初始位置為東經(jīng)116度，北緯39度，速度200米/秒，航向角45度，俯仰角和橫滾角為0度，仿真時(shí)間900秒。62ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波

經(jīng)度誤差

緯度誤差63ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波

北向速度誤差

東向速度誤差64ppt課件四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法4.2濾波器實(shí)時(shí)性研究——降維濾波模型系統(tǒng)階數(shù)n觀測(cè)量數(shù)目mn3+mn2經(jīng)度（m）緯度（m）東向速度(m/s)北向速度(m/s）高階15647250.0250.0210.0020.002低階11620570.025-0.0280.0020.002兩種算法的導(dǎo)航誤差和計(jì)算量比較（900秒）結(jié)論：采用降階的系統(tǒng)模型，得到的導(dǎo)航精度與高階模型相當(dāng)，而濾波的計(jì)算量減小了56.5%。65ppt課件第七章、機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償用SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)一、機(jī)載SAR運(yùn)補(bǔ)用SINS/GPS組合導(dǎo)航技術(shù)概述二、系統(tǒng)總體方案與誤差分析三、IMU的精確標(biāo)定技術(shù)四、SINS/GPS先進(jìn)濾波方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究66ppt課件SINS的地面準(zhǔn)備時(shí)間:20~25分鐘飛機(jī)主INS可使用存儲(chǔ)航向SAR不要地面準(zhǔn)備時(shí)間

（1）問題的提出五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，SINS嚴(yán)重影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間67ppt課件（2）一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究S機(jī)動(dòng)飛行段空中開機(jī)粗對(duì)準(zhǔn)空中精對(duì)準(zhǔn)SINS開機(jī)俯仰角、橫滾角粗對(duì)準(zhǔn)位置、速度、和航向粗對(duì)準(zhǔn)GPS加速度計(jì)SINSGPS精確的Ф、θ、γMPF+EKF直線飛行段68ppt課件（2）一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究

勻速直線飛行段的SINS空中開機(jī)粗對(duì)準(zhǔn)直線飛行段69ppt課件（2）一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究

勻速直線飛行段的SINS空中開機(jī)粗對(duì)準(zhǔn)飛行實(shí)驗(yàn)：陀螺漂移分別為0.103°/h（1σ）、0.112°/h（1σ）和0.137°/h（1σ)加計(jì)偏置分別為115μg（1σ）、89μg（1σ）和106μg（1σ)空中水平粗對(duì)準(zhǔn)的誤差小于2°，方位粗對(duì)準(zhǔn)小于15°70ppt課件（2）一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究

基于MPF與EKF相結(jié)合的空中精對(duì)準(zhǔn)GPSIMU捷聯(lián)算法AMPF+EKF空中粗對(duì)準(zhǔn)+-初始化71ppt課件（2）解決：一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究

基于MPF與EKF相結(jié)合的空中精對(duì)準(zhǔn)仿真條件：

東經(jīng)116°，北緯40°，初始姿態(tài)[45°-4.05°-7.75°]，速度為

200m/s，前4分鐘勻速直線飛行，后2分鐘S形機(jī)動(dòng)，再進(jìn)入直線飛行

SINS中陀螺漂移為0.1°/h

，加速度計(jì)常值偏置為100μg（1σ）差分GPS，速度誤差0.05m/s（1σ），位置誤差0.1m（1σ）72ppt課件（2）解決：一種基于GPS觀測(cè)量與MPF的SINS空中自對(duì)準(zhǔn)方法五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究

基于MPF與EKF相結(jié)合的空中精對(duì)準(zhǔn)仿真結(jié)果：

陀螺漂移為0.1°/h，加計(jì)偏置為100μg的情況下z、x、y估計(jì)誤差分別為1.12′、1.31〞和-1.52〞

73ppt課件成像時(shí)勻速直線運(yùn)動(dòng)，可觀測(cè)度低S機(jī)動(dòng)增加航跡規(guī)劃的復(fù)雜程度降低作業(yè)效率轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)——最佳選擇五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究（1）不完全可觀測(cè)，影響對(duì)準(zhǔn)精度（2）GPS與SINS之間的桿臂誤差機(jī)載SAR作業(yè)典型航跡（3）進(jìn)一步的問題74ppt課件（4）一種基于可觀測(cè)度分析與桿臂誤差補(bǔ)償?shù)目罩袡C(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法

五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究SINSGPS輸出載體的位置、速度、姿態(tài)等導(dǎo)航信息桿臂誤差補(bǔ)償組合濾波器自適應(yīng)反饋因子ηk（歸一化處理的狀態(tài)可觀測(cè)度）

改進(jìn)的SINS/GPS系統(tǒng)狀態(tài)可觀測(cè)度分析方法載機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)+-航跡中的自有轉(zhuǎn)彎解決不完全可觀測(cè)解決桿臂效應(yīng)誤差75ppt課件（4）一種基于可觀測(cè)度分析與桿臂誤差補(bǔ)償?shù)目罩袡C(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法

五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究SINS測(cè)量中心xyzArBOC76ppt課件（4）一種基于可觀測(cè)度分析與桿臂誤差補(bǔ)償?shù)目罩袡C(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法

五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究ηk116116.5117117.538.83939.239.439.639.84040.2空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)仿真軌跡緯度（°）經(jīng)度（°）半物理仿真條件：

北緯39°、東經(jīng)116°，航向?yàn)?5°，180m/s速度做勻速直線飛行900s，然后做180勻速轉(zhuǎn)彎，再以180m/s的速度做勻速直線飛行900s。陀螺漂移為0.1°/h

加計(jì)偏置為100μgGPS速度誤差0.1m/s（1σ），位置誤差為5m（1σ）77ppt課件五、空中機(jī)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與飛行試驗(yàn)研究ηk半物理仿真結(jié)果：0400800120016002000-5051015202530（′）時(shí)間（t）-102000040080012001600-25-20-15-10-50510ρ（″）時(shí)間（t）0400