news 2026/8/24 3:28:29

1+1>2”的融合哲学,组合导航如何进行数据融合

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张小明

前端开发工程师

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1+1>2”的融合哲学,组合导航如何进行数据融合

“1+1>2”的融合哲学,是组合导航区别于任何简单传感器拼接的根本所在。它并非简单的GNSS与INS的拼接,而是一种信息层面的、动态的、智能化的数据融合,要达到这种融合,我们就必须要学习一个核心东西—卡尔曼滤波器

数据融合的根本—以卡尔曼滤波器为核心的智慧大脑

如果组合导航像一座精密的钟表,传感器(IMU, GNSS) 是提供原始动力的发条和齿轮。那么卡尔曼滤波器就像是擒纵调速机构,它的作用可以用两个词来概括,预测和更新,它可以根据INS的物理模型和前一时刻状态,预测当前时刻的状态和不确定性。然后用GNSS等外部传感器的实际观测值与预测值进行比较。根据两者不确定性的比例,以最优方式修正预测值,得到最终的最优估计。
“状态”层面的融合,而非“输出”层面的拼接

它不直接相信任何传感器的最终输出结果,而是深入其内部模型。它通过一套严密的动力学模型来预测载体状态应该如何变化,然后将GNSS等外部传感器提供的测量值,与模型的预测值进行比对。

差异(即“残差”)的出现,不是因为模型错了,就是因为测量值错了,或者两者皆有。卡尔曼滤波器的作用,就是基于对两者不确定性的精确量化,以最优的数学方式,将这个“残差”智慧地分配,一部分用于修正状态估计(让我们更知道自己在哪),另一部分用于更新对传感器误差的估计(让我们更了解自己的“工具”有多不准)。
赋予系统“自知之明”——对自身精度的实时评估

卡尔曼滤波器不仅能输出最优的状态估计,还能同步计算出该估计的不确定性(协方差矩阵),这意味着,系统可以随时告诉我们:“此刻的位置精度在10厘米内(2σ)”,或者“GNSS信号已中断20秒等等。

在现有已知的产品中,有一款产品可通过多技术协同实现自身精度的实时评估,其精度更是达到测绘级顶尖标准,测绘级 & 超高精度MEMS组合导航系统—ER-GNSS/MINS-01,系统可通过对比 GNSS 定位数据与惯性测量单元(IMU)的推算数据,实时发现并修正偏差,间接完成精度评估。同时系统具备的 - 40℃~+80℃的实时温度补偿功能,可实时监测器件温度并修正零偏值,实时把控实现精度的同步评估。并且融合算法校验数据稳定性,检验精度异常,实现精度实时评估与偏差修正。

高精度以及实时对自身精度评估功能是ER-GNSS/MINS-01优势所在,选择ER-GNSS/MINS-01,就选择了可靠与精度。

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