background image

     

Logistyka 6/2013 

 

 

Logistyka - nauka 

Andrzej Banachowicz

1

, Grzegorz Banachowicz

 

 

 

 
 

 

Wstęp 

    

 

We  współczesnym  świecie  pojęcie  fuzji  danych 

nabiera  nowego  znaczenia.  Wieloźródłowość  danych, 
bądź  niewystarczająca  liczba  danych    sprawiają,  że 
opis  interesującego  nas  wycinka  rzeczywistości  na 
satysfakcjonującym odbiorcę poziomie stał się o wiele 
trudniejszy. 

 

W  odniesieniu  do  końca  dwudziestego  wieku 

i początku  obecnego,  mamy  do  czynienia  z  dynamicz-
nym procesem integracji informacji nawigacyjnej oraz 
szeroko pojętej globalizacji danych i ich źródeł .  Roz-
powszechnienie  globalnego  systemu  nawigacji,  który 
znalazł  zastosowanie  w  nawigacji  morskiej,  lotniczej 
(również  kosmicznej)  i  lądowej,  okazał  się  na  tyle 
uniwersalny,  że  jego  praktyczne  wykorzystanie  jest 
niemal  nieograniczone.  Wystarczy  nadmienić,  iż 
w geodezji,  geologii  czy  leśnictwie  i  budownictwie 
określenie  dokładnej  pozycji  jest  pierwszorzędne. 
Wszystko  to  nie  byłoby  możliwe  bez  odpowiedniego 
poziomu  technologicznego  współczesnych  systemów 
nawigacyjnych i informatycznych. Wysoka dokładność 
określania  pozycji  za  pomocą  systemów  satelitarnych 
ora  automatyzacja  systemów  nawigacji  zliczeniowej 
(ang.  DR  –  dead  reckoning)  stawia  duże  wymagania 
w stosunku do przetwarzania danych nawigacyjnych.  

Często przyjmuje się, że obróbka danych pomia-

rowych  ma  na  celu  wyłącznie ich  optymalne  przetwo-
rzenie z punktu widzenia eliminacji zakłóceń (minima-
lizacji błędów określanych wielkości). Z tego względu 
najczęściej  wykorzystywana  jest  estymacja  danych 
nawigacyjnych,  względnie  parametrów  rozkładów 
zakłóceń 

tych 

danych. 

Błędy 

nadmiarowe 

i systematyczne  staramy  się  eliminować  na  etapie  ob-
róbki  pierwotnej.  Jednakże,  rzeczywistość  nie  zawsze 
sprzyja  takim  założeniom,  co  dawniej  uwidaczniane 
było  podczas  tzw.  testów  pomiarów,  a obecnie  jako 
sprawdzenie  wiarygodności  (integrity)  urządzenia  lub 
systemu nawigacyjnego.  
                                                           

1

  dr  hab.  inż.  Andrzej  Banachowicz,  Zachodniopomorski  Uniwersytet 

Technologiczny w Szczecinie  

2

 mgr inż. Grzegorz Banachowicz, Policealna Szkoła Morska w Szczeci-

nie, Towarzystwo Krzewienia Wiedzy o Morzu  

 
 
 
 
 
 
 
 
W  artykule  przedstawiono  zagadnienia  budowy 

różnych modeli nawigacji zintegrowanej drogą doboru 
odpowiedniej struktury filtru Kalmana – modelu stanu 
i modelu pomiarów.  
 

Filtr Kalmana 

 

Metody filtracji Kalmanowskiej można stosować 

na  różnych  poziomach  obróbki  informacji  nawigacyj-
nej.  Poczynając  od  obróbki  pierwotnej  –  estymacji 
błędów  pomiarów  nawigacyjnych  (na  poziomie 
pomiaru  wielkości  fizycznych  takich  jak:  faza,  czas, 
amplituda itd.), a kończąc na estymacji współrzędnych 
pozycji  oraz  innych  parametrów  nawigacyjnych 
(wielkości  geometrycznych).  W każdym  z  tych 
przypadków 

posługujemy 

się 

takim 

samym 

algorytmem  obliczeniowym.  Ze  względu  na  to,  że 
współcześnie  posługujemy  się  cyfrowymi  układami 
pomiarowo-obliczeniowymi,  to  istotę  tego  algorytmu 
przedstawimy  na  przykładzie  dyskretnego  losowego 
układu  dynamicznego.  Opisują  go  dwa  poniższe 
równania [Anderson, 1979], [Balakrishnan, 1984]: 

 

•  równanie stanu (model strukturalny) 

,   

 

(1) 

•  równanie pomiarów (model pomiarowy) 

 

 

(2) 

gdzie: 
         - n-wymiarowy wektor stanu, 

         - r-wymiarowy wektor zakłóceń stanu, 

         - m-wymiarowy wektor pomiarów, 

          -  p-wymiarowy  wektor  zakłóceń  pomiarów 

(szum pomiarowy), 

         - n×n-wymiarowa macierz przejścia, 

         - m×n-wymiarowa macierz pomiarów, 

       r  ≤  n, p  ≤  m. 

Fuzja pomiarów nawigacyjnych GPS/I S/DR 

background image

Logistyka - nauka 

Logistyka 6/2013 

 

 

 

 

 

 

 

  Ponadto  dla  wektorów  zakłóceń  w  i  v  zakła-

damy,  że  są  to  szumy  gaussowskie  (o  rozkładzie  nor-
malnym), o zerowym wektorze średnim i są wzajemnie 
nieskorelowane.  

  Równanie stanu  opisuje  zmiany  (trend) intere-

sującego nas wektora, a model pomiarów podaje zależ-
ność funkcyjną pomiarów od tego wektora. Rozwiąza-
niem układu równań (1), (2), przy uwzględnieniu ogra-
niczeń nałożonych na wektory zakłóceń, jest filtr Kal-
mana.  Estymację  wektora  stanu  w  filtrze  możemy 
przedstawić za pomocą poniższego schematu: 

•  prognoza wektora stanu 

  

 

 (3) 

     gdzie    wartość  prognozowana  wektora  stanu,    

wartość estymowana wektora stanu, 

•  macierz  kowariancji  prognozowanego  wektora  sta-

nu 

,   

(4) 

    gdzie Q macierz kowariancji zakłóceń stanu (wekto-

ra w), 

•  proces innowacji  

,  

 

(5) 

•  macierz kowariancji procesu innowacji 

,  

 

(6) 

    gdzie  R  macierz  kowariancji  zakłóceń  pomiarów 

(wektora v), 

•  macierz wzmocnienia filtru 

,  

 

(7) 

•  ocena  (estymata) wektora stanu z filtracji po wyko-

naniu pomiaru 

 

,  

 

(8) 

•  macierz kowariancji estymowanego wektora stanu 

             

  (9) 

Jak  już  wcześniej  wspomniano  algorytm 

obliczeniowy  pozostaje  ten  sam,  ale  w  konkretnych 
zastosowaniach  będziemy  mieli  różne  postacie 
i wymiary  poszczególnych  wektorów  oraz  macierzy. 
Poniżej przedstawiamy warianty rozwiązania nawigacji 
zintegrowanej  oparte  o  różne  modele  strukturalne 
i pomiarowe. 

Przyjmując  konkretny  model  nawigacji  zinte-

growanej musimy określić dwa równania: model struk-
turalny  oraz  model  pomiarowy.  Model  strukturalny 
zdeterminowany  jest  przyjętym  przez  nas  modelem 
procesu  nawigacyjnego.  Proces  ten  jest  określony  po-
przez składowe wektora stanu oraz jego ewolucję (ma-
cierz  A).  Wektor  stanu  dobieramy  w zależności  od 
tego, jakie parametry chcemy estymować, tj. końcowe 
parametry  nawigacyjne  lub  też  ich  błędy  (składowe 
systematyczne  w  postaci  poprawek).  Ponadto  musimy 
już  z  góry  uwzględnić  to,  czy  dysponujemy  możliwo-
ścią  wykonywania  pomiarów  wielkości  fizycznych 
pozostających  w związku  funkcyjnym  z  estymowany-
mi parametrami. Wynika z tego, że przy projektowaniu 
modelu strukturalnego musimy mieć co najmniej przy-
bliżony obraz modelu pomiarowego. I w praktyce kon-
struowania  zintegrowanych  systemów  nawigacyjnych 
tak  postępujemy.  Przyjmujemy  wstępną  koncepcję 
określającą  jakie  wielkości  chcemy  estymować 
i sprawdzamy,  czy  istnieją  odpowiednie  możliwości 
pomiarowe.  

Model 

pomiarowy 

(równanie 

2) 

opisuje 

zależność  pomiarów  od  wektora  stanu.  W  przypadku 
deterministycznego  obliczania  współrzędnych  pozycji 
(bez 

uwzględniania 

zakłóceń 

losowych 

stanu 

i pomiarów)    lub  estymacji  metodą  najmniejszych 
kwadratów  zależność  tą  ujmujemy  za  pomocą 
macierzy Jacobiego (macierzy gradientów powierzchni 
pozycyjnych)  [Banachowicz,  1991].  Powyższe  rozwa-
żania  zilustrujmy  na  przykładzie  dwóch  modeli 
nawigacji.  W  pierwszym  wykorzystujemy  pomiary 
nawigacji  zliczeniowej  (DR),  satelitarnego  systemu 
nawigacyjnego 

oraz 

naziemnego 

systemu 

radionawigacyjnego.  W  drugim  modelu  zastosowano 
tylko  jeden  system  pozycyjny  (GPS  lub  DGPS)  oraz 
dwa  układy  nawigacji  zliczeniowej  –  log-żyrokompas 
i nawigację  inercjalną  (ang.  INS  –  inertial  navigation 
system
) [Banachowicz, 2001].  

 

Fuzja pomiarów DR/GPS 

 

W tym przypadku dysponujemy pomiarami sate-

litarnego  systemu  nawigacyjnego  (GPS,  GLONASS, 
DGPS,  DGLONASS),  naziemnego  systemu  radiona-
wigacyjnego  (LORAN  lub  radionawigacyjny  system 
bliskiego zasięgu) oraz pomiarami z logu i żyrokompa-
su. W nawigacji morskiej jako elementy wektora stanu 
przyjmujemy  przede  wszystkim  współrzędne  pozycji 
(

oraz  ich  pochodne,  np.  składowe  wektora  pręd-

kości,  wektora  przyspieszeń  itd.  Załóżmy,  że  wielko-

background image

     

Logistyka 6/2013 

 

 

Logistyka - nauka 

ściami  estymowanymi  będą  następujące  parametry: 
współrzędne  pozycji  (

),  rzuty  wektora  prędkości 

względem dna na południk i równoleżnik (

), błąd 

systematyczny  kąta  drogi  względem  dna  – 

)  

(ang. COG – Course Over Ground) oraz błąd systema-
tyczny  szybkości  względem  dna  –  (

)  (ang.  SOG 

–  Speed  Over  Ground).  Przy  tych  założeniach  wektor 
stanu będzie miał postać: 

 . 

 (10) 

Jak  pamiętamy  model  strukturalny  tworzy  równanie 
stanu  (wzór  1).  Dlatego  musimy  określić  także 
strukturę  macierzy  przejścia  A.  Przyjmijmy  ją 
w następującej postaci: 

 

(11) 

 

gdzie: 

 

                                                         (12) 

 

 

 

                                       (13) 

 

 – szerokość geograficzna, 

 – długość geograficzna, 

a – duża półoś elipsoidy ziemskiej, 
e – pierwszy mimośród elipsoidy ziemskiej, 

  –  współczynniki  zamiany  miary  kątowej  na 

liniową  na  elipsoidzie  odniesienia,  odpowiednio  na 
południku i równoleżniku. 

Składowe  prędkości  średniej 

 

 

  mogą  być 

obliczane  jako  prędkość  wypadkowa  z  ciągu  pozycji 

systemu  radionawigacyjnego.  Dla  pomiarów  synchro-
nicznych  zazwyczaj  przyjmujemy  w uproszczeniu,  że 

t

i

 = 1 sekunda – jest to zazwyczaj stosowane w przy-

padku  pomiarów  synchronicznych,  taktowanych  z  od-
biornika GPS.  

Elementem  uzupełniającym  model  strukturalny 

jest  macierz  kowariancji  wektora  zakłóceń  stanu  Q
Poszczególne elementy tej macierzy określają rozkłady 
apriori 

zakłóceń 

estymowanych 

wielkości.  

Interpretacja  tej  macierzy  z  punktu  widzenia  praktyki 
nawigacyjnej  jest  następująca  –    elementy  jej 
wyznaczają  przedziały  ufności,  w  których  mogą 
znajdować się estymowane parametry nawigacyjne. Na 
przykład elementy (1,1) i (2,2) macierzy Q wyznaczają 
przedział 

myszkowania 

statku, 

ściślej 

mówiąc 

określają  zakłócenia  ruchu  po  szerokości  i  długości 
geograficznej.  Dla  wektora  stanu  zdefiniowanego 
wzorem (10) macierz Q może przyjąć postać: 

 

(14) 

gdzie: 

 

 

 

 

 

 

 

 

  –  zakłócenie    ruchu  statku  po  szerokości  geogra-

ficznej, 

 – zakłócenie ruchu statku po długości geograficznej, 

 

,

       (15) 

,

       (16)

 

,    

                 (17) 

 

 

COG  – Course Over Ground, 

 

 

 SOG  – Speed Over Ground, 

background image

Logistyka - nauka 

Logistyka 6/2013 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

  –  błąd pomiaru COG

 

 

  

  –  błąd pomiaru SOG

  –  błąd określenia poprawki 

 

 

  –  błąd określenia poprawki 

Równania  (10)  –  (17)  określają  model 

strukturalny  procesu  nawigacji,  gdy  estymowanymi 
wielkościami  są  współrzędne  pozycji,  składowe 
wektora prędkości względem dna oraz poprawki – kąta 
drogi względem dna, prędkości względem dna.  

  Jako  wielkości  mierzone  w  modelu  pomiaro-

wym  przyjmijmy  następujące  parametry:  współrzędne 
pozycji  systemu  DGPS 

,  naziemnego 

systemu  radionawigacyjnego 

,  kąt  drogi 

względem  dna  (COG)  i  szybkość  względem  dna 
(SOG).  Elementy  wektora  pomiarów  będą  więc  nastę-
pujące: 

 

(18) 

Macierz  pomiarów  będzie  macierzą  Jacobiego, 

która po obliczeniu poszczególnych pochodnych cząst-
kowych  i  odpowiednim  uporządkowaniu  otrzyma  
następującą postać: 

 

,   

(19) 

 

 

 

 

 

             

Uzupełnieniem  modelu  pomiarowego  jest  ma-

cierz  kowariancji zakłóceń pomiarów (wektora pomia-
rów). 

Ponieważ niektóre wielkości mierzone nie są ze 

sobą skorelowane – np. pomiary DGPS i radionawiga-
cyjny system naziemny, to macierz ta uprości się. Jeśli 
przyjmiemy  konkretne  wartości  poszczególnych  wa-
riancji i kowariancji występujących w tej macierzy, to 
otrzymamy: 

 

,     (20) 

Model  ten  został  zastosowany  w  nawigacyjnym 

systemie  stabilizacji  pozycji  okrętu  ratowniczego. 
W algorytmie 

oprogramowaniu 

przyjęliśmy 

następujące parametry błędów pomiarów:  

•  system  DGPS: 

  m, 

    m,  współ-

rzędne  są  nieskorelowane;  badania  przeprowadzo-
no na Zalewie Szczecińskim  i Zatoce Pomorskiej; 

•  radionawigacyjny 

system 

naziemny 

AD-2: 

  m, 

      m, 

  m

2

  (kowa-

riancja); badania przeprowadzono na Zatoce Gdań-
skiej; 

•  kąt drogi względem dna: 

•  prędkość względem dna: 

  węzła. 

Narastanie  błędów  zliczenia  (ich  przyrostowy 

charakter) ilustruje poniższy rysunek (rys. 1). 

 
 

a) 

 

 
 
 
 
 
 

background image

     

Logistyka 6/2013 

 

 

Logistyka - nauka 

b) 

 

 
 
 
 
 
 

Jak  widzimy,  wyraźnie  dokładność  pozycji  zli-

czonej  „rozmywa”  się,  co  oznacza  wzrost  elementów 
macierzy  kowariancji pozycji  zliczonej  (widmo  nisko-
częstotliwościowe zakłóceń pomiarów). Fakt ten zmu-
sza  do  stosowania  korekcji  zewnętrznej  pozycji,  tj. 
wykorzystania  systemów  pozycyjnych,  o  innym  wid-
mie błędów (wysokoczęstotliwościowym). 
 
 

Fuzja pomiarów I S/DR/GPS 

 

Innym 

rozwiązaniem 

jest 

sytuacja, 

gdy 

wielkościami 

estymowanymi 

będą: 

współrzędne 

pozycji (

),  rzuty  wektora  prędkości  względem  dna 

na  południk  i  równoleżnik  (

),  rzuty  wektora 

przyspieszenia 

względem 

dna 

na 

południk 

i równoleżnik (

) oraz rzuty pochodnych wektora 

przyspieszenia 

względem 

dna 

na 

południk 

i równoleżnik  (a’ ,  a’

E

).  W  przypadku  tym  wektor 

stanu będzie posiadał następujące elementy: 

,             (21) 

Zaś macierz przejścia A będzie określona następująco: 

(22) 

  – macierz  jednostkowa, 

  – macierz  zerowa, 

 

 

 

W tym przypadku ewolucja stanu jest określona 

przez  pochodne  wyższych  rzędów  poszczególnych 
estymowanych  parametrów  nawigacyjnych.  Macierz 
kowariancji  zakłóceń  stanu  również  otrzyma  postać 
dostosowaną  do  elementów  nowego  wektora  stanu. 
Tak więc będziemy mieli (macierz diagonalną): 

 

,  

(23) 

 

 

 

 

Macierze kowariancji zakłóceń stanu (14) i (23) 

różnią  się  tylko  tymi  elementami,  które  odpowiadają 
różnym  elementom  odpowiadającym  im  wektorom 
stanu. 

W tym  modelu za wielkości mierzone przyjmij-

my: 

współrzędne 

pozycji 

systemu 

DGPS 

),  składowe  prędkości  względem  połu-

dnika i równoleżnika z nawigacji zliczeniowej (V

E

), 

składowe przyspieszenia względem południka i równo-
leżnika z przetwornika inercjalnego (a

E

). Przy tych 

założeniach  wektor  pomiarów  będzie  wyglądał  nastę-
pująco: 

 

Rys.  1.  Przyrostowy  charakter  dokładności  pozycji 
zliczonej:  a)  trajektoria  obiektu  nawigacji  na  płasz-
czyźnie,  b)  wizualizacja  przestrzenna  rozkładu  nor-
malnego pozycji obiektu. 
Źródło: opracowanie własne. 
 

background image

Logistyka - nauka 

Logistyka 6/2013 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(24) 

Macierz pomiarów, podobnie jak i wyżej, będzie 

macierzą Jacobiego. Obliczmy poszczególne pochodne 
cząstkowe  i  uporządkujemy.    Otrzymamy  wówczas 
następującą bardzo prostą postać macierzy C

 

, 

 

 

(25) 

 

Otrzymaliśmy  macierz    blokową,  co  znacznie 

upraszcza  obliczenia  i  w  dużym  stopniu  zmniejsza 
błędy numeryczne. 

Macierz kowariancji zakłóceń pomiarów (wekto-

ra  pomiarów),  po  uwzględnieniu  braku  korelacji  oraz 
dokładności  poszczególnych  pomiarów,  będzie  wyglą-
dała następująco: 

 

,    

     (26) 

 

 

W  tym  przypadku  przyjęliśmy  następujące  war-

tości  wariancji  i  kowariancji  poszczególnych  pomia-
rów:  

•  system  DGPS: 

  m, 

    m,  współ-

rzędne  są  nieskorelowane;  badania  przeprowadzo-
no na Zalewie Szczecińskim  i Zatoce Pomorskiej; 

•  radionawigacyjny 

system 

naziemny 

AD-2: 

  m, 

      m, 

  m

2

  (kowa-

riancja);  badania  przeprowadzono  na    Zatoce 
Gdańskiej; 

•  składowych prędkości: 

 ; 

•  składowych przyspieszeń: 

 m/s

2

 

Ze  względu  na  lepsze  uwzględnienie  dynamiki 

statku,  model  ten  ma  istotną  przewagę  nad  modelem 
pierwszym. Okazuje się, że dla prędkości bliskich zeru 
oraz pracujących sterach aktywnych, log Dopplerowski 
charakteryzuje  się  dużymi  błędami  pomiarowymi. 
Wtedy  koniecznością,  pomimo  dość  wysokiej  ceny 
przetwornika  inercjalnego,  jest  stosowanie  modelu 
INS/GPS [Banachowicz, Bober, 1999]. 

Wykorzystując  powyższy  model  nawigacji  zin-

tegrowanej  oraz  zebrane  podczas  prób  morskich  dane 
z urządzeń nawigacyjnych posłużyły do implementacji 
w  algorytmie  obróbki  informacji  nawigacyjnej.  Prze-
prowadzono  również  badania  symulacyjne.  Poniższy 
rysunek  (rys.  2)  ukazuje  przebieg  błędów  średnich 
kołowych  poszczególnych  pozycji:  DR  –  nawigacji 
zliczeniowej,  FK  –  pozycji  zintegrowanej  po  fuzji  da-
nych, Hiperbola – pozycja obserwowana z naziemnego 
systemu fazowego Jemiołuszka (hiperbolicznego) oraz 
DGPS – pozycja satelitarna. 
 

 

 

 
 
 

 
Symulacje wykonano w przedziale jednej minu-

ty.  Ze  względu  na  błąd  systematyczny  występujący 
w pomiarach logu elektromagnetycznego, błąd pozycji 
zliczonej wyraźnie narasta wraz z czasem. Po tym cza-
sie  wzrasta  o  7  metrów  (w  stosunku  do  pozycji  po-
przedniej).  W  tym  czasie  błędy  rzeczywiste  systemów 
pozycyjnych  (Jemiołuszka  i  DGPS)  są  porównywalne 
i wahają  się  w  przedziale  od  kilkudziesięciu  centyme-
trów  do  2  –  3  metrów (są niezależne od  czasu  prowa-
dzenia nawigacji). Natomiast średni błąd kołowy pozy-
cji  zintegrowanej  (FK)  jest  2  –  3  razy  mniejszy  niż 
poszczególnych systemów składowych. 

 
 

Wnioski

 

 
Przedstawione powyżej modele procesu nawiga-

cyjnego  nie  wyczerpują  wszystkich  możliwych  roz-
wiązań.  W  zasadzie  można  podać  przykładów  prawie 
tyle samo, ile będzie stawianych wymagań w stosunku 
do  zbioru  estymowanych  parametrów  nawigacyjnych 
oraz  możliwości  pomiarowych.  Należy  wyraźnie  pod-
kreślić, że postać tych modeli decyduje w dużym stop-

Rys.  2.  Błędy  rzeczywiste  współrzędnych  pozycji  w 
funkcji czasu.  
Źródło: opracowanie własne. 
 

background image

     

Logistyka 6/2013 

 

 

Logistyka - nauka 

niu  o  sukcesie  lub  porażce  opracowywanego  filtru. 
Dotyczy  to  przede  wszystkim  poprawnego,  adekwat-
nego do rzeczywistości określenia elementów poszcze-
gólnych  macierzy  –  przejścia  A,  pomiarów  C  oraz 
macierzy  kowariancji  Q  i  R.  W  przypadku  macierzy 
kowariancji    najistotniejszy  jest  stosunek  odpowied-
nich  elementów  względem  siebie.  Przyjęte  zbyt  duże 
błędy  zakłóceń  stanu  powodują,  że  filtr  staje  się 
„sztywny”  i  za  mocno  nadąża  za  pomiarami  [Bana-
chowicz,  1995].  Efektem  tego  jest  to,  że  nie  są  odfil-
trowywane  błędy  pomiarów.  Gdy  z  kolei  przyjmiemy 
zbyt  małe wartości zakłóceń stanu, wtedy filtr zacznie 
odrzucać pomiary zbyt mocno różniące się od ich pro-
gnoz. Szczególnie ważne jest to w rzeczywistych sytu-
acjach  pomiarowych,  gdy  występuje  niezgodność  po-
między  pomiarami  z  różnych  urządzeń  i  systemów 
nawigacyjnych  oraz  przy  niskiej  wiarygodności  mier-
ników oraz wyników pomiarów [Banachowicz, Bober, 
1997],  [Banachowicz,  Bober,  1999].  Nie  można  rów-
nież zapominać  o problemie  synchronizacji skal czasu 
poszczególnych  mierników,  długości  cykli  pomiaro-
wych  oraz  przedziałach  dyskretyzacji.  Ponieważ  pre-
cyzja  pomiarów  obecnie jest  bardzo  duża,  a  prędkości 
nawigujących  obiektów  też,  to  założenie  o  jednocze-
sności pomiarów często jest fikcją. Może więc zdarzyć 
się, że wartość pomiaru będzie dużo różniła się od jego 
prognozy.  Jest  to  błąd  systematyczny  skali  czasu,  po 
prostu następuje równoległe przesunięcie ciągu pomia-
rów  względem  ciągu  prognoz.  Innym  zagadnieniem 
jest  stabilność  numeryczna  obliczeń.  Zapis  macierzo-
wo-wektorowy jest bardzo wygodny i dobrze interpre-
towalny.  Gotowe  biblioteki  procedur  i  podprogramów 
również  znakomicie  ułatwiają  tworzenie  aplikacji. 
Jednakże  powoduje  to  rozbudowywanie  się  algoryt-
mów,  co  pociąga  za  sobą  kumulowanie  się  błędów 
numerycznych  i  spowolnienie  wykonywanych  obli-
czeń.  

Rozszerzeniem  techniki  filtracji  Kalmanowskiej 

są filtry cząsteczkowe [Ristic, 2004], w których wyko-
rzystywana  jest  symulacja  Monte  Carlo.  Filtry  te  są 
suboptymalne,  ale  szczególnie  przydatne  w  przypad-
kach  szybko  manewrujących  obiektów  (silnie  nieli-
niowych równań stanu i pomiarów). 

 
 

Streszczenie

 

 
W artykule przedstawiono fuzję danych nawiga-

cyjnych  uzyskanych  z  różnych  sensorów.  Zastosowano 
rozszerzony filtr Kalmana budując odpowiednie mode-
le  stanu  i  pomiarów  procesu  nawigacji.  Ogólny  algo-

rytm  filtru  Kalmana  umożliwia  budowanie  różnych 
modeli  fuzji  danych  w   nawigacji  zintegrowanej.  Po-
stać  konkretnego  modelu  jest  zdeterminowana  możli-
wościami  pomiarowymi  parametrów  nawigacyjnych 
oraz założoną postacią wektora stanu. 

 

Abstract

 

 
GPS/I S/DR 

avigational 

Data 

Fusion 

The  article  presents  multi-sensor  navigational  data 
fusion.  Extended  Kalman’s  filter  was  used  to  build 
proper models of navigational process (both states and 
measurements).  
The  general  Kalman’s  filter  algorithm  allows  to  build 
different  data  model  fusions  in  integrated  navigation. 
The  given  model  form  depends  on  navigational  meas-
urements parameters possibilities and established state 
vector form. 

 

   Literatura 

 
1.  Anderson  B.D.O.,  Moore  J.B.,  Optimal  filtering

Prentice-Hall, 1979 New Jersey. 

2.  Balakrishnan  A.V.,  Kalman  Filtering  Theory,  Op-

timization Software, 1984 New York. 

3.  Banachowicz  A.,  Geometria  liniowego  modelu 

nawigacji  parametrycznej,  „Zeszyty  Naukowe 
AMW”, 1991, 109A. (monografia) 

4.  Banachowicz  A.,  Wykorzystanie  filtru  Kalmana  w 

pomiarach skalarnych parametrów nawigacyjnych
„Prace Wydziału Nawigacyjnego WSM w Gdyni”, 
1995, Zeszyt 1, 116 – 125. 

5.  Banachowicz  A.,  Bober  R.,  Metodyka  obróbki  sy-

gnałów z urządzeń nawigacyjnych dla potrzeb sys-
tem  nawigacji  zintegrowanej
,  WSM,  1997  Szcze-
cin. (raport naukowy) 

6.  Banachowicz  A.,  Bober  R.,  System  zintegrowanej 

nawigacji  na  okręty  ORP  „Piast”  i  ORP  „Lech”
WSM, 1999 Szczecin. (raport naukowy) 

7.  Banachowicz A., Variants of Structural and Meas-

urement Models of an Integrated  avigational Sys-
tem
, „Annual of Navigation”, 2001, No 3, 5 – 18. 

8.  Ristic  B.,  Arulampalm  S.,  Gordon  N.,  Beyond  the 

Kalman  Filter.  Participle  Filters  for  Tracking  Ap-
plications
, Artech House, 2004 Boston.