组合导航系统：松耦合与紧耦合

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组合导航概述

什么是组合导航、为什么需要组合导航、GNSS/INS 优势互补分析。

坐标系基础

地心地固(ECEF)、地理(LLA)、导航系(n系)、载体系(b系)及转换。

GPS时、UTC、儒略日、时间同步的重要性与实现方法。

惯性导航原理(INS)

加速度计/陀螺仪工作原理、比力方程、姿态更新(四元数/等效旋转矢量)。

捷联惯导解算

速度更新、位置更新、圆锥误差与划桨误差补偿。

GNSS定位原理

伪距测量、载波相位测量、单点定位与差分定位(RTK/PPK)。

GNSS/INS 松耦合架构

卡尔曼滤波器设计、状态向量(位置/速度/姿态/零偏)、量测更新。

松耦合卡尔曼

松耦合实现细节

GNSS/INS 频率匹配、时间对准、杆臂效应补偿。

松耦合的优缺点

计算量小、易于实现、动态易失锁、精度受限。

GNSS/INS 紧耦合架构

原始伪距/伪距率量测、状态扩维、非线性量测方程。

紧耦合架构

紧耦合中的卡尔曼滤波

EKF 与 UKF 在紧耦合中的应用。

紧耦合实现细节

卫星几何分布、GDOP/PDOP、多路径效应处理。

紧耦合的优缺点

精度高、鲁棒性强、计算量大、实现复杂。

深耦合简介

基带信号处理与 INS 深度融合、矢量跟踪环原理。

深耦合跟踪

卡尔曼滤波基础

状态空间模型、预测与更新、协方差矩阵物理意义。

卡尔曼滤波调参

过程噪声 Q 与量测噪声 R 的整定方法。

自适应卡尔曼滤波

Sage-Husa 滤波、渐消记忆滤波、多模型滤波。

自适应进阶

静基座粗/精对准、动基座对准、传递对准。

对准初始化

传感器误差建模

陀螺零偏稳定性、角度随机游走、加速度计零偏、速度随机游走。

零速修正(ZUPT)

零速检测算法、ZUPT 量测更新、步行导航应用。

磁力计辅助

地磁模型、磁力计校准(硬铁/软铁)、磁航向与 INS 融合。

磁力计融合

气压计辅助

气压测高原理、与GNSS/INS融合、垂直通道稳定性提升。

气压计高度

车辆运动约束

非完整性约束(NHC)、横向/垂向速度为零约束、里程计辅助。

多传感器融合框架

因子图优化、滑动窗口滤波、与卡尔曼滤波对比。

实时性与嵌入式实现

ARM/DSP 优化、定点数运算、中断服务程序设计。

嵌入式实时

组合导航性能评估

RMSE、圆概率误差(CEP)、精度衰减因子(DOP)。

典型应用场景

无人机、自动驾驶、机器人、航海与航空。

组合导航仿真

MATLAB/Simulink 工具、开源数据集(KITTI/EuRoC)。

仿真数据集

组合导航测试

跑车实验、高精度参考系统(差分GPS/全站仪)、数据分析与回放。

多频多系统GNSS、低轨卫星增强、视觉-惯性-卫星深度融合、AI辅助导航。