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系統識別號 U0002-1812200922505500
中文論文名稱 H-infinity濾波器在IMU/GPS導航計算上的應用
英文論文名稱 Application of H-infinity filter in IMU/GPS Navigation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 98
學期 1
出版年 99
研究生中文姓名 紀宇翔
研究生英文姓名 Yu-Hsiang Chi
學號 696430916
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-12-07
論文頁數 72頁
口試委員 指導教授-蕭照焜
委員-馬德明
委員-謝傑任
中文關鍵字 估測器,卡曼濾波器,H-infinity濾波器。 
英文關鍵字 estimator, Kalman filter, H-infinity filter 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文討論強健型濾波理論在飛行導航計算上的應用,提供最佳的飛行器狀態向量估測包含緯度、經度、高度、向北速度、向東速度及向下速度之估測,目前比較普遍使用的導航計算之狀態估測是卡曼濾波器。但近年來強健控制的概念逐漸成型,所以本論文將討論卡曼濾波器和H-infinity濾波器,以實際試飛的數據做分析與討論,並且把飛行數據分成幾個姿態做討論,包括俯衝、爬升、轉彎、平飛進行H-infinity濾波器後的分析,設計性能指標上限值和雜訊權重值,希望誤差值能與近似理想的一致。
英文摘要 This thesis discusses the application of H-infinity filter in IMU/GPS navigation. Optimal flight vehicle states including latitude, longitude, height, north velocity, east velocity and down velocity are estimated. Kalman filters are extensively used for navigation computation.Robust H-infinity filters are brought into navigation applications recently. Kalman and H-infinity filters are discussed first in the thesis. Analysis of the application of H-infinity filter in IMU/GPS navigation computation using flight data is investigated. The results for descending, climbing, level turn, and level flight phase are discussed. Optimal estimation results are achieved through the careful selection of the proper weighting factors and the performance index.
論文目次 目 錄 IV
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法與具體結果 1
1.3 論文架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 H-infinity濾波器 4
2.2 飛行姿態估測 4
2.3 估測器設計理念 5
2.4 卡曼濾波器介紹 7
2.4.1 估測值的計算 9
2.4.2 卡曼濾波器的使用限制 11
第三章 H-infinity濾波器介紹 14
3.1 前言 14
3.2 模數的定義 15
3.3 靜態拘束最佳化 17
3.4 動態拘束最佳化 19
3.5 H-infinity理論介紹 20
3.5.1 H-infinity的三大目的 20
3.5.2 系統的大小 21
3.5.3 H-infinity norm 21
3.6 賽局理論(Game theory) 25
3.7 H-infinity的理論數學堆導 26
3.7.1 穩態的H-infinity 32
3.7.2 有拘束條件的H-infinity 32
3.7.3 沒有拘束條件的H-infinity 34
3.8 H-infinity的廣用範圍 34
3.8.1 對抗對局 34
3.8.2 對抗對局的數學式 35
第四章 飛行姿態動態模組 37
4.1 系統動態模組 37
第五章 結果分析與討論 43
5.1 量測數據 43
5.1.1 位置初始圖形 43
5.1.2 速度初始圖形 45
5.1.3 飛機姿態初始圖形 47
5.2 結果分析 48
5.2.1 沒有拘束的H-infinity 濾波 48
5.2.2 有拘束的H-infinity 濾波器 53
5.2.3 飛機姿態爬升的模擬圖形 55
5.2.4 飛機姿態俯衝的模擬圖形 59
5.2.5 飛機姿態轉彎的模擬圖形 63
5.2.6 飛機姿態平飛的模擬圖形 67
第六章 結論 71
6.1 未來展望 71
参考文獻 72

圖目錄

圖2- 2 完全狀態估測器 6
圖2- 3卡曼濾波器估測的流程圖 11
圖2- 4 高斯雜訊分布圖 12
圖2- 5 典型的高斯雜訊分布圖 12
圖3- 1 2-norm的響應圖 16
圖3- 2 ∞-norm的響應圖 17
圖3- 3 H-infinitynorm的示意圖(橫軸是頻率,縱軸是分貝) 23
圖3- 4 回授控制系統 24
圖4- 1 H-infinity估測的流程圖 42
圖5- 1 最初的緯度圖形 44
圖5- 2 最初的經度圖形 44
圖5- 3 最初的高度圖形 45
圖5- 4 向北速度 45
圖5- 5 向東速度 46
圖5- 6 向下速度 46
圖5- 7 rate Gyro-p 47
圖5- 8 rate Gyro-q 47
圖5- 9 rate Gyro-r 48
圖5- 10 H-infinity濾波器(沒有拘束)的緯度誤差圖形 49
圖5- 11 H-infinity濾波器(沒有拘束)的經度誤差圖形 49
圖5- 12 H-infinity濾波器(沒有拘束)的高度誤差圖形 50
圖5- 13 H-infinity濾波器(沒有拘束)的向北速度誤差圖形 50
圖5- 14 H-infinity濾波器(沒有拘束)的向東速度誤差圖形 51
圖5- 15 H-infinity濾波器(沒有拘束)的向下速度誤差圖形 51
圖5- 16 綜合H-infinity濾波器(沒有拘束)的緯經高、三軸速度誤差圖形 53
圖5- 17 飛機拘束示意圖 53
圖5- 18 飛機拘束示意平面圖 54
圖5- 19 飛機姿態爬升的初始圖形 55
圖5- 20 飛機姿態爬升的緯度誤差圖形 56
圖5- 21 飛機姿態爬升的經度誤差圖形 56
圖5- 22 飛機姿態爬升的高度誤差圖形 57
圖5- 23 飛機姿態爬升的向北速度誤差圖形 57
圖5- 24飛機姿態爬升的向東速度誤差圖形 58
圖5- 25 飛機姿態爬升的向下速度誤差圖形 58
圖5- 26 飛機姿態俯衝的初始圖形 59
圖5- 27 飛機姿態俯衝的緯度誤差圖形 60
圖5- 28 飛機姿態俯衝的經度誤差圖形 60
圖5- 29 飛機姿態俯衝的高度誤差圖形 61
圖5- 30 飛機姿態俯衝的向北速度誤差圖形 61
圖5- 31 飛機姿態俯衝的向東速度誤差圖形 62
圖5- 32 飛機姿態俯衝的向下速度誤差圖形 62
圖5- 33 飛機姿態轉彎的初始圖形 63
圖5- 34 飛機姿態轉彎的緯度誤差圖形 64
圖5- 35 飛機姿態轉彎的經度誤差圖形 64
圖5- 36 飛機姿態轉彎的高度誤差圖形 65
圖5- 37 飛機姿態轉彎的向北速度誤差圖形 65
圖5- 38 飛機姿態轉彎的向東速度誤差圖形 66
圖5- 39 飛機姿態轉彎的向下速度誤差圖形 66
圖5- 40 飛機姿態平飛的初始圖形 67
圖5- 41 飛機姿態平飛的緯度誤差圖形 67
圖5- 42 飛機姿態平飛的經度誤差圖形 68
圖5- 43 飛機姿態平飛的高度誤差圖形 68
圖5- 44 飛機姿態平飛的向北速度誤差圖形 69
圖5- 45 飛機姿態平飛的向東速度誤差圖形 69
圖5- 46 飛機姿態平飛的向下速度誤差圖形 70


參考文獻 [1]. Dan Simon-“From here to H-Infinity” (July 2000 Emdedded system programming) ,July 2000.
[2]. Dan Simon,“OPTIMAL STATE ESTIMATIONM”,John Wiley & Sons Inc,
[3]. 楊憲東,線性與非線性 控制理論,全華科技圖書,民國86 年。
[4].中國電機工程學會編行,自動控制,科技圖書股份有限公司, 民國86年。
[5]. 葉茂相,應用強健濾波於整合式導航系統,國立臺灣海洋大學/導航與通訊工程學系研究生碩士論文,民國94年
[6]. 黃光偉,奇異 PV/PVA模型之 控制-使用線性矩陣不等式, 國立臺灣海洋大學/導航與通訊工程學系研究生碩士論文,民國 94年。
[7]. 鄭憲君,以GPS速度為基礎之姿態估測及其應用於無人直昇機 系統, 國立成功大學航空太空工程學系博士論文,民國97年。
[8]. 陸光義 ,INS/GPS整合導航系統之設計與製作,淡江大學碩 士論文,民國93年。
[9]. 莊智清,黃國興,電子導航,全華科技圖書,民國80年。
[10].張明宇-微機電慣性量測組件設計驗證及整合導航運算之比較 研究,淡江大學碩士論文,民國99年。
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