一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，包括：建立慣性器件輸出誤差模型和慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差方程，研究慣性器件參數(shù)誤差的可標定性并確定狀態(tài)量和量測量；根據(jù)狀態(tài)量維數(shù)確定cubature點的位置和權(quán)值，推導(dǎo)與cubature點相關(guān)的狀態(tài)方程、一步狀態(tài)預(yù)測和狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣，并引入多重時變漸消因子修正狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣；推導(dǎo)與cubature點和漸消因子相關(guān)的量測方程、自相關(guān)協(xié)方差陣、互相關(guān)協(xié)方差陣、增益矩陣、狀態(tài)估計值和狀態(tài)誤差協(xié)方差估計值，設(shè)計出具有強跟蹤性能和強魯棒性的強跟蹤容積卡爾曼濾波方法。本發(fā)明利用該濾波算法對慣性器件參數(shù)誤差進行估計和進行在線標定并補償慣性器件參數(shù)誤差，有效地提高了導(dǎo)航精度，具有較強的參數(shù)變動的魯棒性。
【專利說明】一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于艦載旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定領(lǐng)域及其濾波方法應(yīng)用的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在線標定技術(shù)是在慣導(dǎo)系統(tǒng)與載體不分離的情況下，利用一定的外部信息進行誤差激勵從而進行慣性器件參數(shù)誤差的標定，目前，國外已將旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的在線標定技術(shù)成功應(yīng)用于艦載、彈載和機載的慣導(dǎo)系統(tǒng)中，但對其相關(guān)技術(shù)進行了高度保密，隨著我國旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)的成熟和發(fā)展，研究旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的在線標定技術(shù)是當(dāng)前的一個研究熱點。
[0003]而對于艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，艦船處于實際運行環(huán)境中時，由于存在模型狀態(tài)簡化，慣性器件隨機噪聲和初始狀態(tài)的統(tǒng)計特性建模不準確以及以慣性器件的常值零偏為代表的模型參數(shù)發(fā)生突變等問題而導(dǎo)致慣導(dǎo)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型必然存在不確定性，系統(tǒng)模型不確定性勢必會造成的狀態(tài)估計值偏離系統(tǒng)的真實狀態(tài)，從而引起濾波精度降低，甚至發(fā)散，因此，慣性器件參數(shù)誤差估計問題是艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進行在線標定技術(shù)中沒有解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，旨在解決艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定過程中，由于海浪、海風(fēng)等干擾影響而存在系統(tǒng)模型不確定的情況會導(dǎo)致濾波發(fā)散、精度低和魯棒性差的問題，嚴重影響在線標定精度的問題。
`[0005]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，該艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，建立陀螺、加速度計的輸出誤差模型和慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程；
[0007]步驟二，選擇位置、速度和姿態(tài)誤差及慣性器件參數(shù)誤差作為濾波器狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程；
[0008]步驟三，以慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的位置、速度、姿態(tài)信息和GPS、多普勒計程儀、星敏感器提供的位置、速度、姿態(tài)信息的差值作為濾波器量測量，建立量測方程；
[0009]步驟四，根據(jù)濾波器的狀態(tài)量維數(shù)η和容積卡爾曼濾波算法特性，確定cubature點的位置ξ i與對應(yīng)權(quán)值Oi，其中i=l，…，2n ；
[0010]步驟五，根據(jù)獲得的cubature點，通過Cholesky分解，得到狀態(tài)方程中傳播的cubature點，系統(tǒng)狀態(tài)方程由于cubature點的位置及權(quán)值的影響可傳播為另一與cubature點相關(guān)的新狀態(tài)方程,得到與cubature點相關(guān)的一步狀態(tài)預(yù)測值及狀態(tài)預(yù)測協(xié)
方差陣；
[0011]步驟六，在步驟五中的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣中加入一個多重時變漸消因子；[0012]步驟七，根據(jù)步驟四中獲得的cubature點，通過Cholesky分解，得到量測方程中傳播的cubature點，量測方程由于cubature點的位置及其權(quán)值的影響可傳播為另一與cubature點和漸消因子相關(guān)的新量測方程；
[0013]步驟八，根據(jù)步驟七推導(dǎo)出與cubature點和漸消因子相關(guān)的自相關(guān)協(xié)方差陣、互相關(guān)協(xié)方差陣、卡爾曼增益、狀態(tài)估計值和狀態(tài)誤差協(xié)方差估計值，實現(xiàn)具有強跟蹤性和強魯棒性的強跟蹤容積卡爾曼濾波算法的量測更新；
[0014]步驟九，根據(jù)步驟五和步驟七中強跟蹤容積卡爾曼濾波算法具體的時間更新和量測更新過程對步驟三中狀態(tài)量進行估計，得到慣性器件各項參數(shù)誤差值，實現(xiàn)了艦載捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定。
[0015]進一步,在步驟四中，cubature點的位置€ i與其對應(yīng)權(quán)值Wi, i=l, ".,2]!的定義為:
【權(quán)利要求】
1.一種艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，該艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法包括以下步驟: 步驟一，建立陀螺、加速度計的輸出誤差模型和慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程； 步驟二，選擇位置、速度和姿態(tài)誤差及慣性器件參數(shù)誤差作為濾波器狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程； 步驟三，以慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的位置、速度、姿態(tài)信息和GPS、多普勒計程儀、星敏感器提供的位置、速度、姿態(tài)信息的差值作為濾波器量測量，建立量測方程； 步驟四，根據(jù)濾波器的狀態(tài)量維數(shù)η和容積卡爾曼濾波算法特性，確定cubature點的位置ξ i與對應(yīng)權(quán)值Coi，其中i = 1，…，2n ； 步驟五，根據(jù)獲得的cubature點，通過Cholesky分解，得到狀態(tài)方程中傳播的cubature點，系統(tǒng)狀態(tài)方程由于cubature點的位置及權(quán)值的影響可傳播為另一與cubature點相關(guān)的新狀態(tài)方程,得到與cubature點相關(guān)的一步狀態(tài)預(yù)測值及狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣； 步驟六，在步驟五中的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣中加入一個多重時變漸消因子； 步驟七，根據(jù)步驟四中獲得的cubature點，通過Cholesky分解，得到量測方程中傳播的cubature點，量測方程由于cubature點的位置及其權(quán)值的影響可傳播為另一與cubature點和漸消因子相關(guān)的新量測方程； 步驟八，根據(jù)步驟七推導(dǎo)出與cubature點和漸消因子相關(guān)的自相關(guān)協(xié)方差陣、互相關(guān)協(xié)方差陣、卡爾曼增益、狀態(tài)估計值和狀態(tài)誤差協(xié)方差估計值，實現(xiàn)具有強跟蹤性和強魯棒性的強跟蹤容積卡爾曼濾波算法的量測更新； 步驟九，根據(jù)步驟五和步驟七中強跟蹤容積卡爾曼濾波算法具體的時間更新和量測更新過程對步驟三中狀態(tài)量進行估計，得到慣性器件各項參數(shù)誤差值，實現(xiàn)了艦載捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定。
2.如權(quán)利要求1所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟四中，cubature點的位置ξ i與其對應(yīng)權(quán)值Coi, i = 1，".，2η的定義為:

3.如權(quán)利要求1所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟六中，加入一個多重時變漸消因子，在k+Ι時刻的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差陣中加入的多重時變漸消因子Ak+1定義為:
4.如權(quán)利要求1所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟八中，得到的自相關(guān)協(xié)方差陣為:
5.如權(quán)利要求1所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，該艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法的具體步驟為: 步驟一，在艦船航行的過程中需實時采集陀螺和加速度計的測量值，陀螺的測量值為
6.如權(quán)利要求5所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟二中，陀螺輸出的角速度誤差和加速度計輸出的比力誤差A(yù)fs分別為:
7.如權(quán)利要求5所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟四中，假設(shè)艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)的系統(tǒng)濾波方程為:
8.如權(quán)利要求5所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟六中，根據(jù)cubature點的位置及權(quán)值，系統(tǒng)狀態(tài)方程傳播為:
Y i,k+i|k = fk( ξ u，uk)+qk，i = 0，1，…，2n 其中，、i,k+iIk為新狀態(tài)方程中的狀態(tài)量，Qk為系統(tǒng)噪聲， 結(jié)合容積卡爾曼濾波算法可得一步狀態(tài)預(yù)測為:

9.如權(quán)利要求5所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟八中，新量測方程為: 利用Cholesky分解攻^，有:
10.如權(quán)利要求5所述的艦載旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線標定的方法，其特征在于，在步驟九中，漸消因子相關(guān)的卡爾曼增益、狀態(tài)估計值和狀態(tài)誤差協(xié)方差估計值，分別為:
【文檔編號】G01C25/00GK103591965SQ201310413346
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】劉鳳, 孫楓, 于春陽, 蘭海鈺, 周廣濤, 于飛, 郭妍, 池姍姍, 張麗麗, 趙博 申請人:哈爾濱工程大學(xué)