- 學位論文
間接式卡門濾波器於GPS/INS整合式導航的應用
The Application of Indirect Kalman Filter on GPS/INS Integrated Navigation
摘要
整合式的導航系統利用GPS(全球衛星定位系統)及INS(慣性導航系統)進行資料融合，並且以卡門濾波器為基礎，進行導航狀態的估測。 卡門濾波器依估測的狀態不同，分為直接式與間接式，直接式卡門濾波器估測導航狀態，間接式估測導航誤差狀態，所以必須建立關於INS的狀態誤差方程。又因不同的修正方式，分為feeforward及feedback形式。Feedforward的間接式卡門濾波器是將估測後的狀態誤差值，直接修正由INS計算後得到的導航狀態；feedback的間接式卡門濾波器得到的估測誤差值，則是修正由慣性感測元件(IMU)所量測得到的數值，再經過導航方程中運算，得到估測的導航解。兩種間接式卡門濾波器的修正方法都可以提高導航解的精確度。 在本篇論文中，主要是以MATLAB做導航模擬，並利用NAVSAT2.0 Toolbox來模擬GPS訊號。模擬飛行從桃園中正國際機場到日本名古屋機場，利用這段航程的位置、速度、姿態來驗證論文中間接式卡門濾波器估測方法，並比較feedforward及feedback兩種不同修正方式的差異性。雖然feedforward間接式卡門濾波器已經降低了估測狀態與真實狀態間的誤差，但是若IMU原本的誤差量已經很大時，使用feedforward的方式修正，最後仍會導致導航解有很大的誤差量；feedback的修正方式則是趁IMU的量測量進入導航方程運算前，已經先將誤差消除，因此就算IMU有較大的誤差量存在時，仍可用此方式估測到較好的導航解。
並列摘要
Using the data fusion of GPS and INS signals, an integrated system based on Kalman lter is proposed to estimate the navigation information. Kalman lter has many di erent forms. In order to cooperate the indirect Kalman lter, we rst establish the error state equations of inertial navigation system. Then feedforward and feedback indirect Kalman lters are used to estimate the error states, which in turn correct the navigation states to prevent the divergence due to measurement error. In simulation, the ying course of an aircraft from C.K.S. airport to Nagoya airport is considered to verify the purposed method.