优化集成导航系统中卡尔曼滤波器的高性能调谐

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"这篇论文主要探讨了如何提升现代综合导航系统的性能,这些系统处理来自惯性传感器、全球导航卫星系统(GNSS)以及创新辅助方法的观测数据。论文重点在于统计一致性的导航解,即真实导航误差统计与预测导航误差统计的一致性,这是基于创新的故障检测和隔离方法可靠运行的重要前提。主要关注点是卡尔曼滤波器的优化调整,以提高导航精度和可靠性。" 在集成导航系统中,卡尔曼滤波是一种关键的数据融合算法,用于结合多种传感器数据以获得更准确的位置、速度和姿态估计。这篇由Benjamin Braun撰写的博士论文,来自慕尼黑工业大学飞行系统动力学研究所,深入研究了如何通过优化卡尔曼滤波器来增强这种系统的性能。 卡尔曼滤波是一种最优估计理论中的方法,它基于贝叶斯定理,能够动态地更新对系统的状态估计,同时考虑到测量噪声和系统模型的不确定性。在集成导航系统中,卡尔曼滤波器的作用是融合来自惯性测量单元(IMU)的高频率但存在漂移的测量和低频率但精确的GNSS数据。通过调整滤波器参数,可以改善系统对各种误差源(如传感器噪声、信号多路径效应等)的鲁棒性,确保统计一致性和导航解的精度。 论文可能涵盖了以下几个方面: 1. **滤波器设计**:探讨了适应不同导航需求的滤波器结构,如扩展卡尔曼滤波(EKF)或无迹卡尔曼滤波(UKF),并分析它们在处理非线性系统时的性能。 2. **参数优化**:详述了如何通过数学建模和仿真来确定最优的滤波器增益、过程噪声和测量噪声协方差,以达到最佳性能。 3. **故障检测与隔离**:阐述了统计一致性如何支持基于创新的故障检测和隔离方法,以识别和处理传感器故障或异常情况。 4. **实际应用与实验**:可能包括了实车测试或飞行试验,验证优化后的滤波器在实际环境中的表现。 此外,论文还可能讨论了如何处理来自其他辅助传感器(如磁力计、轮速计或地形匹配)的数据,以及这些数据如何进一步增强系统的整体性能和可靠性。 总体来说,这篇论文对理解和改进基于卡尔曼滤波的集成导航系统有重要的参考价值,对于从事导航技术、自动驾驶或航空航天领域的工程师和技术人员来说是一份宝贵的资源。