A Non linear Kalman Filter Algorithm for Monitoring the Motion of a Vehicle in Real Time Around a Reference Trajectory
Cavalcanti Amaral Jairo, de Oliveira e Souza Marcelo Lopes, Koiti Kuga Hélio · SAE technical papers on CD-ROM/SAE technical paper series · 2007
In this work we present a nonlinear Kalman filter algorithm for monitoring the motion of a vehicle in real time around a reference trajectory. It is based on the linearized and/or the extended Kalman filters. The first vehicle and reference trajectory considered are a satellite and a keplerian orbit around Earth. The orbital motion is modeled as simple as possible so as not to burden the computer load and, at the same time, to provide enough accuracy to this sort of problem. The source of measurements is simulated to represent actual measurements such as GPS, geo-stationary satellite to satellite tracking, or conventional ground tracking stations. Some tests are done to show its correctness. After that, we intend to extend such algorithm to other vehicles and reference trajectories as: 1) a triangular equatorial constellation of satellites orbiting around Earth in coplanar keplerian orbits; 2) a semi-autonomous car moving in a sensored track; 3) etc. The accuracy in motion estimation will ultimately affect the performance of controlling and maneuvering the vehicle, therefore providing a basis for its design, implementation and maintenance. RESUMO: Neste trabalho apresentamos um algoritmo com filtro de Kalman não linear para o monitoramento de um veículo em tempo real em torno de uma trajetória de referência. O primeiro veículo e trajetória considerados são um satélite e uma órbita kepleriana em torno da Terra. O movimento orbital será modelado o mais simples possível para não prejudicar a carga computacional e, ao mesmo tempo, fornecer precisão suficiente para este tipo de problema. A fonte de medidas será simulada para representar medidas reais, tais como GPS, rastreamento via satélite, ou estações convencionais de rastreamento. Alguns testes são feitos para mostrar sua correção. Após isso, pretendemos estender tal algoritmo para outros veículos e trajetórias de referência tais como: 1) uma constelação equatorial triangular de satélites orbitando a Terra em órbitas keplerianas coplanares; 2) um carro semi-autônomo movendo-se numa pista sensoriada; 3) etc. A precisão da estimação de movimento irá afetar a performance de controle e de manobra do veículo, fornecendo assim uma base para seu projeto, implementação e manutenção.