如何选择综合导航系统的校正方式

组合导航系统有直接法滤波和间接法滤波两种形式,如图9.4所示。如果直接以各导航子系统的导航输出参数作为状态向量,则称实现组合导航的滤波处理为直接法滤波。如果以各子系统的误差量作为状态向量,则称实现组合导航的滤波处理为间接法滤波。

图9.4　校正方式

(a)直接法滤波；(b)间接法滤波

直接法滤波可以直观地描述系统导航参数的动态过程,但是其系统方程一般是非线性方程。而且,其状态量有的是导航参数本身(如速度和位置),有的是数值较小的误差(如姿态误差角),数值相差很大,这为数值计算带来一定困难。因此,只有在空间导航的惯性飞行阶段,或在加速度变化缓慢的舰船中,惯性导航系统的卡尔曼滤波方程才用直接法。对没有惯性导航系统的组合导航系统,如果系统方程中不需要速度方程,也可以采用直接法。而在飞行器的惯性导航系统中,目前一般采用间接法的卡尔曼滤波。

在间接法滤波中,卡尔曼滤波器接收两个导航子系统对同一导航参数输出值的差值,经过滤波计算,估计出各误差量。用惯性导航系统误差的估计值去校正惯性导航系统输出的导航参数,以得到导航参数的最优估计,称为输出校正；用惯性导航系统误差的估计值去校正惯性导航系统力学编排中的相应导航参数,即将误差估计值反馈到惯性导航系统内部,称为反馈校正。

导航参数的真实值为X,惯性导航系统的实际测量误差为ΔXI,输出校正就是用导航参数误差的估值来校正系统输出的导航参数,得到综合导航系统的导航参数估值(即经过校正后系统导航参数值),如图9.5所示。

图9.5　输出校正结构(www.xing528.com)

式中的估计误差为

即组合导航系统的导航参数的误差,就是惯性导航系统导航参数误差估值的估计误差。

采用反馈校正的间接法估计是将惯性导航系统导航参数误差ΔXI的估值反馈给惯性导航系统和其余子系统,估计出的导航参数就作为惯导力学编排方程中的相应参数,对误差状态进行校正,如图9.6所示。

从形式上看,输出校正仅仅校正系统的输出量,而反馈校正则校正系统内部的状态。可以证明,这两种校正方法的性质是一样的,具有同样的精度。但是,输出校正的滤波器所估计的状态是未经校正的导航参数误差,而反馈校正的滤波器所估计的状态误差是经过校正的导航参数误差。前者数值大,后者数值小,而状态方程都是经过一阶近似的线性方程,故状态的数值越小,近似的准确性就越高。因此,利用状态反馈校正的系统状态方程更能接近真实地反映系统误差状态的动态过程。

图9.6　反馈校正结构

因此,对实际系统而言,只要状态能够具体实施反馈校正,综合导航系统就可以尽量采用反馈校正的滤波方案。