一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法。包括以下幾個(gè)步驟：以速度誤差、失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移和加速度零偏為狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程；以慣性系下SINS結(jié)算的速度和GPS測(cè)得的慣性系下的速度的差值作為量測(cè)量，建立量測(cè)方程；將狀態(tài)方程和量測(cè)方程構(gòu)成兩位置對(duì)準(zhǔn)的卡爾曼濾波模型；根據(jù)得到的卡爾曼濾波模型，對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)；在設(shè)定的對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，分別將IMU繞縱搖軸、橫搖軸和航向軸旋轉(zhuǎn)180°；再利用卡爾曼濾波器估計(jì)出的失準(zhǔn)角精確估計(jì)值對(duì)轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行修正，得到載體系到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣結(jié)合慣性系到導(dǎo)航系的轉(zhuǎn)換矩陣求解載體系到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣實(shí)現(xiàn)基于慣性系的兩位置對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明提高了初始對(duì)準(zhǔn)的精度。
【專利說(shuō)明】一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)方法，尤其涉及針對(duì)兩位置的一種基于慣 性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（strapdowninertialnavigationsystem,SINS)以其特有的優(yōu) 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等裝備上。初始對(duì)準(zhǔn)是SINS關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)準(zhǔn)的精度直 接影響到其工作精度。目前，對(duì)于艦船SINS而言，在沒(méi)有外觀測(cè)信息的情況下，其對(duì)準(zhǔn)方法 以解析式對(duì)準(zhǔn)和羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)為主；在有外觀測(cè)信息的情況下，以卡爾曼濾波對(duì)準(zhǔn)為主；并且 這些方法都是基于地理坐標(biāo)系。
[0003] 隨著初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展，慣性坐標(biāo)系對(duì)準(zhǔn)（包括粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)）以其特點(diǎn)成 為初始對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)新的研究方向。在理論研究方面，認(rèn)為慣性系對(duì)準(zhǔn)可以有效的隔離載體 角速度和線運(yùn)動(dòng)干擾的影響；研究表明，將重力加速度放在慣性系內(nèi)分析，并結(jié)合外觀測(cè)信 息進(jìn)行卡爾曼濾波對(duì)準(zhǔn)，其航向的對(duì)準(zhǔn)精度要優(yōu)于在地理系下的對(duì)準(zhǔn)精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有高初始對(duì)準(zhǔn)精度的，基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn) 方法。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法，包括以下幾個(gè)步驟：
[0007] 步驟一：以速度誤差、失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移和加速度零偏為狀態(tài)量，建立狀態(tài)方 程；以慣性系下SINS結(jié)算的速度和GPS測(cè)得的慣性系下的速度的差值作為量測(cè)量，建立量 測(cè)方程；將狀態(tài)方程和量測(cè)方程構(gòu)成兩位置對(duì)準(zhǔn)的卡爾曼濾波模型；
[0008] 步驟二：根據(jù)得到的卡爾曼濾波模型，對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)；
[0009]步驟三：在設(shè)定的對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，分別將IMU繞縱搖軸、橫搖軸和航向軸旋轉(zhuǎn)180°，使 SINS系統(tǒng)為完全可觀測(cè)；
[0010] 步驟四：再利用卡爾曼濾波器估計(jì)出的失準(zhǔn)角精確估計(jì)值#，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻載體系 到計(jì)算慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣Ct進(jìn)行修正，得到載體系到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣
[0011] 步驟五：利用得到的轉(zhuǎn)換矩陣G結(jié)合慣性系到導(dǎo)航系的轉(zhuǎn)換矩陣?"，求解載體系 到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣G，實(shí)現(xiàn)基于慣性系的兩位置對(duì)準(zhǔn)。
[0012] 本發(fā)明一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法，還可以包括：
[0013] 狀態(tài)方程為：
[0014] XU) = A(I)X(I) +B{i)W (I)
[0015] 其中X(t)為t時(shí)刻捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)變量，A(t)和B(t)分別為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng) 的狀態(tài)矩陣和噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣，w(t)為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)噪聲序列，
[0016] 以速度誤差、失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移<和加速度零偏為狀態(tài)變量：
[0017]
[0018] 其中，失準(zhǔn)角為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟： 步驟一：以速度誤差、失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移和加速度零偏為狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程； 以慣性系下SINS結(jié)算的速度和GPS測(cè)得的慣性系下的速度的差值作為量測(cè)量，建立量測(cè)方 程；將狀態(tài)方程和量測(cè)方程構(gòu)成兩位置對(duì)準(zhǔn)的卡爾曼濾波模型； 步驟二：根據(jù)得到的卡爾曼濾波模型，對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)； 步驟三：在設(shè)定的對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，分別將MU繞縱搖軸、橫搖軸和航向軸旋轉(zhuǎn)180°，使SINS系統(tǒng)為完全可觀測(cè)； 步驟四：再利用卡爾曼濾波器估計(jì)出的失準(zhǔn)角精確估計(jì)值私，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻載體系到計(jì) 算慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行修正，得到載體系到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣 步驟五：利用得到的轉(zhuǎn)換矩陣q結(jié)合慣性系到導(dǎo)航系的轉(zhuǎn)換矩陣，求解載體系到慣 性系的轉(zhuǎn)換矩陣，實(shí)現(xiàn)基于慣性系的兩位置對(duì)準(zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于慣性系的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：所述 的狀態(tài)方程為：
其中X(t)為t時(shí)刻捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)變量，A(t)和B(t)分別為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀 態(tài)矩陣和噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣，W(t)為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)噪聲序列， 以速度誤差、失準(zhǔn)角、陀螺常值漂移< 和加速度零偏為狀態(tài)變量： 其中，失準(zhǔn)角為：
穸為慣性坐標(biāo)系相對(duì)于理想坐標(biāo)系的失準(zhǔn)角，G為t時(shí)刻載體坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系 的真實(shí)方向余弦陣，Cf為導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)陣，< 為Gauss白噪聲，陀螺漂移eb包括陀 螺常值漂移4和陀螺隨機(jī)漂移<， 速度誤差為：
式中S爐為計(jì)算速度與GPS測(cè)得速度的差值，即SV^V〃-VSgi為地球重力加速度 在慣性系的投影，〗巧為Gauss白噪聲，加速度計(jì)偏差▽ b由加速度計(jì)零位誤差Pt和隨機(jī)偏 差巧構(gòu)成； 以慣性系下SINS結(jié)算的速度和GPS測(cè)得的慣性系下的速度的差值作為量測(cè)量，建立量 測(cè)方程：
式中z(t)為t時(shí)刻的觀測(cè)值，nw(t)為觀測(cè)噪聲序列，H(t)為觀測(cè)陣，H(t) = [I3X3 〇3X3 〇3X3 〇3X3]0
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104482942SQ201410765061
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】高偉, 孫成嬌, 葉攀, 張勇剛, 盧寶峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)