[發明專利]提高船用光纖陀螺捷聯慣導系統定位精度的方法

有效

• 申請號: 200910073154.2
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101706284A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 高偉;柴永利;張鑫;奔粵陽;徐博;周廣濤;于強;王偉;吳磊;張勇剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種提高船用光纖陀螺捷聯慣導系統定位精度的方法，其特征是包括下 列步驟：

(1)光纖陀螺捷聯慣導系統預熱后采集光纖陀螺和石英撓性加速度計的輸 出數據；

(2)根據光纖陀螺和石英撓性加速度計的輸出計算出初始的捷聯矩陣，完 成初始對準，光纖陀螺捷聯慣導系統進入導航狀態，導航計算機進行導航解算， 輸出船的姿態、速度和位置；

(3)根據光纖陀螺捷聯慣導系統的誤差模型建立動基座下光纖陀螺捷聯慣 導系統的狀態方程和觀測方程；

(4)對步驟(3)所建立的狀態方程和觀測方程進行離散化，建立Krein空 間下的光纖陀螺捷聯慣導系統的卡爾曼濾波方程，把GPS接收機提供的速度信 息運用到卡爾曼濾波方程中進行濾波計算；

(5)根據步驟(4)估計出的光纖陀螺捷聯慣導系統的緯度誤差和經度誤差 在導航過程中進行補償；

所述的初始的捷聯矩陣為

其中為載體的航向角，θ為載體的橫搖角，γ為載體的縱搖角；

所述的建立動基座下光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態方程和觀測方程的步驟 包括：使用一階線性隨機微分方程來描述光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態方程和 量測方程如下：

X·(t)=F(t)X(t)+G(t)W(t)]]>

Z(t)＝H(t)X(t)+v(t)

其中X(t)為t時刻光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態向量、F(t)和G(t)分別為 光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態矩陣和噪聲矩陣、W(t)為系統的噪聲向量；Z(t) 表示t時刻光纖陀螺捷聯慣導系統的量測向量；H(t)表示光纖陀螺捷聯慣導系 統的量測矩陣；v(t)表示光纖陀螺捷聯慣導系統的量測噪聲；

光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態向量為

光纖陀螺捷聯慣導系統的白噪聲向量為：

W(t)=w▿xw▿ywϵxwϵywϵz00000T]]>

其中分別表示東向、北向和天向的失準角；δV_e，δV_n分別為東向速度 誤差和北向速度誤差；ε_x，ε_y，ε_z分別為x、y、z軸陀螺的常值漂移；分別 為x、y軸加速度計的零偏；w_εx，w_εy，w_εz分別為x、y、z軸陀螺的白噪聲誤差； 分別為x、y軸加速度計的白噪聲誤差；

光纖陀螺捷聯慣導系統噪聲系數矩陣為：

G(t)=T5×505×505×505×5]]>

光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態矩陣為：

F(t)=F5×5T5×505×505×5]]>

其中令Cbn=c11c12c13c21c22c23c31c32c33,]]>則T5×5=c11c12c1300c11c12c1300c11c12c1300000c11c12000c21c22]]>

其中的F_5×5給出如下：

F5×5=A2×2A2×3A3×2A3×3]]>

其中A2×2=VntanLRn2ωiesinL+VetanLRn-2(ωiesinL+VetanLRn)0]]>A3×2=0-1Rm1Rn0tanLRn0,]]>A2×3=0-fufnfu0-fe]]>其中f_e，f_n，f_u分別為沿東向、北 向和天向三軸比力的真實值；

其中：L為當地的地理緯度；

光纖陀螺捷聯慣導系統量測矩陣為：

H(t)=10000000000100000000]]>

量測量為：Zvp(t)=Vie-VgeVin-Vgn]]>

其中V_ie、V_in分別為光纖陀螺捷聯慣導系統輸出的東向和北向速度；V_ge、V_gn分別為GPS輸出的東向和北向速度；

所述狀態方程和觀測方程進行離散化，建立Krein空間下的光纖陀螺捷聯 慣導系統的卡爾曼濾波方程包括：

將光纖陀螺捷聯慣導系統的狀態方程和量測方程離散化：

Xi+1=φiXi+ΓiWiZi=HiXi+vi,0≤i≤N]]>

其中：φ_i＝e^F(t)T，為離散化的狀態轉移矩陣；

Γk-1=(∫0TeF(t)t)G(t);(Wjvjx0,Wkvkx0)=QjSjSjTRjδjk00Π0]]>

其中：∏₀是復數域C上的線性空間，(·，·)是∏₀上雙線性Hermite泛函；

根據上面的離散化方程建立Krein空間下的離散卡爾曼濾波方程：

X^i+1=φiX^i+Kp,i(Zi-HiX^i)]]>X^0=0]]>

Kp,i=(φiPiHiT+ΓiSi)Re,i-1]]>

Pi+1=φiPiφiT-Kp,iRe,iKp,iT+ΓiQiΓiT]]>P₀＝∏₀

Re,i=Ri+HiPiHiT]]>

其中：表示狀態估計值；Q，R分別為光纖陀螺捷聯慣導系統噪聲和觀測噪 聲的協方差矩陣；

給定初值P₀＝∏₀，根據i時刻的測量值Z_i，遞推計算得出i時刻的 狀態估計利用估計出來的速度誤差對光纖陀螺捷聯慣導系統的速度進行補 償，然后由速度積分得到位置。