卡尔曼滤波与组合导航-第四讲

1、我国对新一代战略导弹的命中精度要求进入100米级 导航制导系统（其误差占命中误差的70%）我国现役战略武器命中精度比要求值低510倍 陆、海、空、天 武器系统 精确打击 新军事变革 弹道导弹弹道导弹弹道导弹弹道导弹 巡航导弹巡航导弹 地空导弹地空导弹 远程空空导弹远程空空导弹 陆、海、空、天 武器系统 精确打击 新军事变革 制导炸弹制导炸弹1991年：精确制导弹药比例仅为20%；1618架次/目标2004年：上升到60%70%； 1个架次/目标 提高导航系统性能、同时降低成本组合导航惯性/卫星/天文组合导航系统ggPX ,zzyyxx333231232221131211zyxxyxzyzzyx

2、WWWCCCCCCCCC0WWW0WWW0WWW.141516.242526.343536.000fff000fff000fff100000001000000010000V xV xW xV yV yW yV zV zW zxxyyzzzzyyxx333231232221131211zyxWWWCCCCCCCCCTxyzxyzxyzXVxVyVzxyzXFXGWTxyzxyzxyzXVxVyVzxyzTxyzxyzxyzXVxVyVzxyzXFXGWTzyxzyxWWWWWW) t (WXFXGWI3 33 33 3b3 3Ib3 3a3 3b3 33 33 33 33 33 33 33 33

3、 33 33 33 33 33 33 315 15000C0F0F0CF0I0000000000000141516a242526343536fffFffffffzybzxyx0WWFW0WWW0 XFXGWIb3 3I3 3b3 33 33 33 33 33 315 6C00CG(t)000000 xyzZ(t)VxVyVzxyzTZHXVxyzZ(t)VxVyVzxyzTZHXV000000100000000000000010000000000000001000000000000000100000000000000010000000000000001000000000000000100000

4、000000000010000000000000001H优点：优点： 惯性惯性/ /天文天文/ /卫星组合导航有很高的定位精度卫星组合导航有很高的定位精度 可大大降低导弹对惯导系统要求，可大大降低导弹对惯导系统要求， 降低了成本降低了成本集中式缺点：集中式缺点： 状态维数高，计算负担重，不利于滤波实时运行，如状态维数高，计算负担重，不利于滤波实时运行，如 建建 立更高阶误差模型，将会带来立更高阶误差模型，将会带来“维数灾难维数灾难”； 容错性能差，不利于故障诊断，信息污染问题。容错性能差，不利于故障诊断，信息污染问题。 ggPX ,111,PX222,PXNNN,PX111,kkkkkWXXk

5、kkkVXHZkWkQkVkR1,1,1,kikiikkikWXXNiVXAZikikikik, 2 , 1ikWikQikVikRTTNKTKTKkZZZZ,21kiikXMXiikikMAHikXkXiikkiTiiiikTikkkMPMMPMPP11/,111/1iikkikkiTikikikTikkkkkkkXPMPXPMPXPPX1/,11/,11,11/11/1/kkkkkXX11/11/1/kTkkkkkkkQPP1ikTikkikRHPKggPX ,111,PX222,PXNNN,PXggPX11,ggPX12,ggPX1N,mm,PXgXgmP1 -mN1i1 -i1QQQQ

6、Q1ii1 -mN1i1 -i1QQQ1mN1ii1mN1i1 -i1m1N12111PPPPPPPiNiiiggXPPX11111)(NiiigPP1i1i0, 1imggPX ,111,PX222,PXNNN,PX重置重置零化零化mm,PXgXgmP重置重置零化零化重置重置零化零化0, 1imggPX ,111,PX222,PXNNN,PXggPX11,ggPX12,ggPX1N,mm,PXgXgmP1)N/(1im1)N/(1imggPX ,111,PX222,PXNNN,PXggPX11,ggPX12,ggPX1N,N/1, 0im)XPXP(PXXNN111ggmN/1, 0imN/

7、1, 0imggPX ,111,PX222,PXNNN,PXN/1, 0im0, 11m零化启动零化启动111,PXmm,PXggPX ,0, 11mggPX ,111,PX信息再分信息再分mm,PX0.51m0.51mggPX ,111,X P222,PXmm,PXgXgmP优化信息分配优化信息分配优化信息分配优化信息分配状态方程状态方程UNMNENEieENNEieUNUMNENEieENieNEUNEieNNEieNMERVRVVtgRRVRVtgRVVRRVtgRVVRcos1seccossin1sincossin12 状态方程状态方程 EUNEieLUieNNENieNNEieEMU

8、MNNUUNEvhRvLLvLhRvvLvvhRvLvhRvtgLhRvffv)cos2()sin2seccos2()sin2()(2NENEieUMNNMUENEieUEEUNLvLhRvLvhRvvhRvvtgLhRvLffv)seccos2()sin(22UeieUMNENEieENNEULLvvhRvvhRvLffvsin22)cos(2 UENNNMMVhVhRLhhRLLVhRhhRLLsectan10 x0y0z0 x0y0z状态方程状态方程量测方程量测方程 111( )( )( )( )( )( )( )vvppHV tZ tH t X tV tX tHV t3 33 9 3

9、1501 1 10vdiagH3 63 6 3 150cos10pMNdiag RRLH状态方程：同子滤波器状态方程：同子滤波器1 采用经过换算得到的数学平台误差角作为卡尔曼滤采用经过换算得到的数学平台误差角作为卡尔曼滤波器的观测量，量测方程：波器的观测量，量测方程： 量测方程：量测方程：222( )( )( )( )Z tH t X tV t2( )TxyzZ t23 33 12( )0THtI()()TkkkPExxxx() ()()TkkkkCExxxxtrace P1()ktrace P1()minor()maxkkkkCtrace PCtrace P)(/ )(1giiPtracePtracegiiPP1ni1 Attitude errorsGyros driftsAccelerometers bias