“1+1>2”的融合哲學,是組合導航區別于任何簡單傳感器拼接的根本所在。它并非簡單的GNSS與INS的拼接,而是一種信息層面的、動態的、智能化的數據融合,要達到這種融合,我們就必須要學習一個核心東西—卡爾曼濾波器
數據融合的根本—以卡爾曼濾波器為核心的智慧大腦
如果組合導航像一座精密的鐘表,傳感器(IMU, GNSS) 是提供原始動力的發條和齒輪。那么卡爾曼濾波器就像是擒縱調速機構,它的作用可以用兩個詞來概括,預測和更新,它可以根據INS的物理模型和前一時刻狀態,預測當前時刻的狀態和不確定性。然后用GNSS等外部傳感器的實際觀測值與預測值進行比較。根據兩者不確定性的比例,以最優方式修正預測值,得到最終的最優估計。
“狀態”層面的融合,而非“輸出”層面的拼接
它不直接相信任何傳感器的最終輸出結果,而是深入其內部模型。它通過一套嚴密的動力學模型來預測載體狀態應該如何變化,然后將GNSS等外部傳感器提供的測量值,與模型的預測值進行比對。
差異(即“殘差”)的出現,不是因為模型錯了,就是因為測量值錯了,或者兩者皆有。卡爾曼濾波器的作用,就是基于對兩者不確定性的精確量化,以最優的數學方式,將這個“殘差”智慧地分配,一部分用于修正狀態估計(讓我們更知道自己在哪),另一部分用于更新對傳感器誤差的估計(讓我們更了解自己的“工具”有多不準)。
賦予系統“自知之明”——對自身精度的實時評估
卡爾曼濾波器不僅能輸出最優的狀態估計,還能同步計算出該估計的不確定性(協方差矩陣),這意味著,系統可以隨時告訴我們:“此刻的位置精度在10厘米內(2σ)”,或者“GNSS信號已中斷20秒等等。
在現有已知的產品中,有一款產品可通過多技術協同實現自身精度的實時評估,其精度更是達到測繪級頂尖標準,測繪級 & 超高精度MEMS組合導航系統—ER-GNSS/MINS-01,系統可通過對比 GNSS 定位數據與慣性測量單元(IMU)的推算數據,實時發現并修正偏差,間接完成精度評估。同時系統具備的 - 40℃~+80℃的實時溫度補償功能,可實時監測器件溫度并修正零偏值,實時把控實現精度的同步評估。并且融合算法校驗數據穩定性,檢驗精度異常,實現精度實時評估與偏差修正。
高精度以及實時對自身精度評估功能是ER-GNSS/MINS-01優勢所在,選擇ER-GNSS/MINS-01,就選擇了可靠與精度。
審核編輯 黃宇
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