專利名稱：一種sins/gps/偏振光組合導航系統(tǒng)建模及動基座初始對準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)建模及動基座初始對準方法，可用于提高地球大氣層內運載體(車輛、艦船和飛行器)的動基座初始對準精度，縮短初始對準時間。
背景技術：
在進入導航狀態(tài)前，導航系統(tǒng)需要進行初始對準，通過初始對準得知初始導航參數(shù)，包括姿態(tài)、速度和位置。在動基座條件下，載體在運動過程中存在晃動、振動等多種形式的干擾。這些干擾因素會降低導航系統(tǒng)初始對準精度，延長對準時間。因此，動基座初始對準方法一直是組合導航技術領域的難點和熱點問題。目前，動基座初始對準方法主要包括兩大類:一類是基于主/子慣導系統(tǒng)的傳遞對準方法；另一類是慣導系統(tǒng)與GPS、磁羅盤、星敏感器等導航設備進行組合初始對準方法。傳遞對準方法中，由于導彈載體存在結構撓性變形、主慣導與子慣導之間存在數(shù)據(jù)傳輸延遲等因素影響，初始對準精度及時間往往不能得到保證。而慣導系統(tǒng)與GPS、磁羅盤和星敏感器等導航設備進行組合初始對準方法，同樣存在問題:其中，GPS在載體作機動時誤差較大，且與慣導系統(tǒng)信號同步性不好；磁羅盤依賴于地磁場模型精度，特別是在地磁場異常的情況下，將出現(xiàn)較大誤差，因此用于動基座初始對準效果并不理想；星敏感器可高精度估計載體姿態(tài)誤差，但并不適用于在地球大氣層內白晝時間段內的動基座初始對準?；谏鲜鲈?，SINS結合新型導航裝置，設計更合適的信息匹配方式是動基座初始對準技術的發(fā)展趨勢之一。偏振光導航是一種仿生導航方式。太陽光線入射大氣層時，大氣中的粒子會使入射光線散射，造成太陽光線的偏振現(xiàn)象，沙蟻等生物可利用天空中的偏振光進行導航。根據(jù)仿生導航原理設計的偏振光傳感器，可敏感到傳感器觀測方向的入射光最大偏振方向，輸出偏振方位角。基于偏振方位角的偏振光導航具有自主性強、誤差不隨時間積累等優(yōu)點，尤其適用于高精度的姿態(tài)確定。但偏振方位角對定位誤差極不敏感，可達數(shù)十米。SINS的誤差隨時間積累，位置信息是發(fā)散的。因此偏振光傳感器僅與SINS組合進行動基座初始對準會造成精度不高，甚至可能出現(xiàn)濾波結果發(fā)散的情況。綜上，目前常用的動基座初始對準方法存在對準精度低、對準時間長等缺點，而偏振光傳感器對位置誤差極不敏感，僅與SINS組合進行動基座初始對準效果同樣不好。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種精度高、用時短的SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)動基座初始對準方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案為:一種SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)建模及動基座初始對準方法，其特點在于包括下列步驟:
(I)建立捷聯(lián)慣導系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程；(2)根據(jù)偏振光傳感器輸出的偏振方位角、GPS輸出的速度和位置，建立系統(tǒng)量測方程，觀測量包括偏振方位角誤差、速度誤差和位置誤差；(3)采用卡爾曼濾波器估計平臺失準角、速度誤差和位置誤差，并對SINS進行反饋校正。由SINS向用戶輸出載體的姿態(tài)、速度和位置信息。上述步驟(2)中的系統(tǒng)量測方程為:Z = HX+V其中，
X = [φΕ Φν Φυ δνΕ SVn SVu SL δλ Sh εχ Ey εζ Vr Vy Vz了為系統(tǒng)狀態(tài)
矢量，φΕ，φΝ, Φυ分別為東向失準角、北向失準角和天向失準角。ε χ、ε y、82分別為東向、北向、天向陀螺常值漂移。'、'、Vz分別為東向、北向、天向加速度計常值漂移。
V = ^ VyE VyN Oyu Uf,^為量測噪聲向量。H為系統(tǒng)量測矩陣,表示為:
權利要求
1.一種SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)建模及動基座初始對準方法，其特征在于包括下列步驟: (1)建立捷聯(lián)慣導系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程； (2)根據(jù)偏振光傳感器輸出的偏振方位角、GPS輸出的速度和位置，建立系統(tǒng)量測方程，觀測量包括偏振方位角誤差、速度誤差和位置誤差； (3)采用卡爾曼濾波器估計平臺失準角、速度誤差和位置誤差，并對SINS進行反饋校正。由SINS向用戶輸出載體的姿態(tài)、速度和位置信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)的動基座初始對準方法，其特征在于所述步驟(2)中的系統(tǒng)量測方程為:Z = HX+V 其中，
3.根據(jù)權利要求2所述的SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)的動基座初始對準方法，其特征在于:系統(tǒng)量測方程中，建立以偏振方位角誤差為觀測量的量測方程，具體方法為: 首先，建立以偏振方位角誤差δ a為觀測量的非線性量測方程:
4.根據(jù)權利要求3所述的建立以偏振方位角誤差為觀測量的量測方程，其特征在于:由載體質心指向太陽方向的單位矢量在地球固連坐標系下的投影的計算方法為:
全文摘要
一種SINS/GPS/偏振光組合導航系統(tǒng)建模及動基座初始對準方法，涉及一種車輛、艦船和航空飛行器用動基座初始對準方法。具體包括以下步驟(1)建立SINS誤差方程，作為初始對準狀態(tài)方程。(2)根據(jù)偏振光傳感器輸出的偏振方位角、GPS輸出的速度和位置，建立基于偏振方位角誤差、速度誤差和位置誤差的初始對準量測方程。(3)采用卡爾曼濾波估計姿態(tài)誤差、速度誤差和位置誤差。(4)對SINS進行姿態(tài)、速度和位置的反饋校正。由SINS向用戶輸出載體的姿態(tài)、速度和位置信息。本發(fā)明具有精度高、計算量小、抗干擾能力強的優(yōu)點，可用于提高車輛、艦船和航空飛行器動基座初始對準精度，并減少初始對準時間。
文檔編號G01C25/00GK103217159SQ20131006951
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權日2013年3月6日
發(fā)明者郭雷, 周大鵬, 杜濤, 楊健, 張霄, 曹松銀, 羅建軍 申請人:郭雷