專利名稱：一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法，它詳細(xì)提出了適合本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航方法，這種方法應(yīng)用于機(jī)載組合導(dǎo)航中，可以有效提高系統(tǒng)精度，屬于航空、航天導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛行器、汽車等航行體上必不可少的重要設(shè)備。導(dǎo)航所需要的最基本的導(dǎo)航參數(shù)就是載體的即時(shí)位置、速度和姿態(tài)。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)觸及的領(lǐng)域?qū)挾?、深度和高度的急劇擴(kuò)大，導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中起著越來越重要的地位。為滿足高精度導(dǎo)航的要求，必須采用組合導(dǎo)航技術(shù)。眾所周知，慣導(dǎo)是一種完全自主的導(dǎo)航方式，它具有不依賴外界信息，隱蔽性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但是存在誤差隨時(shí)間迅速積累的問題，導(dǎo)航精度隨時(shí)間而發(fā)散，在精度要求較高的情況下，慣導(dǎo)系統(tǒng)不能單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間工作，必須不斷以其他信息加以修正；GPS導(dǎo)航精度高、誤差無積累，但其容易受干擾和屏蔽、依賴性太強(qiáng)，不適合戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)用；多普勒技術(shù)有效的結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，多普勒技術(shù)具有完全自主、隱蔽性的優(yōu)勢(shì)，且長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量精度高。對(duì)多普勒和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行組合， 利用多普勒測(cè)速裝置輸出的高精度的速度測(cè)量值對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，既能實(shí)現(xiàn)載體完全自主導(dǎo)航，又能保證長(zhǎng)時(shí)間高精度導(dǎo)航，增強(qiáng)武器裝備的實(shí)用性，這也是目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家的主流導(dǎo)航方案。采用慣性導(dǎo)航作為基本導(dǎo)航方式，并在機(jī)體上引入多普勒雷達(dá)信息輔助慣導(dǎo)，可以充分利用慣導(dǎo)與多普勒雷達(dá)的互補(bǔ)特性，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自的不足，具體體現(xiàn)在I、將慣導(dǎo)和多普勒雷達(dá)組合使用，通過外速度信息的引入，利用濾波技術(shù)進(jìn)行定位誤差等參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)，可用來補(bǔ)償捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)隨時(shí)間快速發(fā)散的高度通道以及隨積分計(jì)算不斷積累的速度、位置誤差等，并提高導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度和可靠性；2、在多普勒雷達(dá)信息不理想或發(fā)生故障情況下，慣導(dǎo)可以暫時(shí)獨(dú)立的提供導(dǎo)航信息，并用慣導(dǎo)數(shù)據(jù)完成自我修正。因而，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差要比純慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航誤差都3、在滿足同樣的精度要求的情況下，加入多普勒雷達(dá)導(dǎo)航信息可以降低對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度要求，大大降低系統(tǒng)成本，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)時(shí)的、高精度的導(dǎo)航定位和姿態(tài)計(jì)算?，F(xiàn)有的技術(shù)方案在現(xiàn)有技術(shù)中，組合導(dǎo)航的方法在目前的工程實(shí)踐中應(yīng)用較多。由于存在誤差隨時(shí)間積累的問題，導(dǎo)航精度隨時(shí)間而發(fā)散，在精度要求較高的情況下，慣導(dǎo)系統(tǒng)不能單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間工作，必須不斷用其他信息加以修正。多普勒雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量精度高，誤差不隨時(shí)間積累，能夠?yàn)閼T導(dǎo)系統(tǒng)提供相對(duì)準(zhǔn)確的速度信息。因此，利用多普勒信息對(duì)導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行修正，可以提高現(xiàn)有系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合是利用慣導(dǎo)解算出的速度誤差、位置誤差、姿態(tài)誤差角、陀螺零偏、加速度計(jì)零偏等作為狀態(tài)量建立狀態(tài)方程；利用慣導(dǎo)與多普勒雷達(dá)在解算出的在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的速度各分量的差值作為量測(cè)量建立量測(cè)方程。由于速度和位置等信息不是直接從測(cè)量元件得到，不能在量測(cè)方程中直接反映出姿態(tài)誤差角、位置等關(guān)系，故必須將姿態(tài)誤差角等誤差量都列為狀態(tài)量，它們之間的關(guān)系在狀態(tài)方程中描述。該技術(shù)誤差模型不完善，運(yùn)算速度較快，因而易于實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)方案存在的問題現(xiàn)有的慣性/多普勒組合導(dǎo)航在機(jī)載應(yīng)用中有著如下不足之處I.沒考慮多普勒雷達(dá)自身存在的誤差；2.和動(dòng)態(tài)環(huán)境、系統(tǒng)精度相關(guān)，需針對(duì)不同的應(yīng)用背景專門設(shè)計(jì)；本發(fā)明采用機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)信息融合方法的研究，即以慣導(dǎo)系統(tǒng)作為主要傳感元件，多普勒雷達(dá)信息輔助慣導(dǎo)，研究慣導(dǎo)系統(tǒng)及多普勒雷達(dá)誤差傳播機(jī)理，建立完善的誤差模型，采用卡爾曼濾波方法進(jìn)行信息融合，通過狀態(tài)估計(jì)，得到關(guān)于導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)或次優(yōu)估計(jì)。本發(fā)明可以適用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法，它是對(duì)慣導(dǎo)與多普勒雷達(dá)進(jìn)行組合導(dǎo)航，Kalman濾波器可以根據(jù)參考信息，對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)和多普勒雷達(dá)系統(tǒng)的誤差進(jìn)行相互修正。這種組合導(dǎo)航方法分以下步驟來完成設(shè)η為導(dǎo)航坐標(biāo)系，b為載體坐標(biāo)系。本發(fā)明一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法，該方法具體布驟如下步驟一建立慣性器件、多普勒雷達(dá)的誤差模型； a.加速度計(jì)誤差方程
權(quán)利要求
1. 一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法，其特征在于 該方法具體布驟如下步驟一建立慣性器件、多普勒雷達(dá)的誤差模型； a.加速度計(jì)誤差方程fhVx測(cè)量值 fh 測(cè)量值 fh_人測(cè)量值(I)
全文摘要
一種用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方法，它有六大布驟步驟一建立慣性器件、多普勒雷達(dá)的誤差模型；步驟二基于慣性/多普勒組合導(dǎo)航在機(jī)載固定翼飛機(jī)上的應(yīng)用，確定狀態(tài)變量；步驟三建立慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航狀態(tài)方程；步驟四建立慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航量測(cè)方程；步驟五將卡爾曼濾波連續(xù)系統(tǒng)離散化；步驟六進(jìn)行Kalman濾波數(shù)據(jù)融合解算，通過狀態(tài)估計(jì)，得到關(guān)于導(dǎo)航參數(shù)的次優(yōu)估計(jì)，采用閉環(huán)反饋方式對(duì)慣導(dǎo)和多普勒雷達(dá)同時(shí)修正。本發(fā)明充分利用多普勒信息與慣導(dǎo)信息，提出了用于機(jī)載慣性/多普勒雷達(dá)組合導(dǎo)航的數(shù)據(jù)融合方案，有效解決了由于誤差模型不完善引起的導(dǎo)航誤差問題，提高了系統(tǒng)的精度。
文檔編號(hào)G01S13/86GK102608596SQ20121005004
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者宋來亮, 張春熹, 晁代宏, 王振飛, 王濤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)