[發明專利]一種基于單軸轉停方案的系泊估漂方法

有效

• 申請號: 200910073232.9
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN101713666A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 孫楓;孫偉;薛媛媛;袁俊佳;李國強;孫巧英
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于單軸轉停方案的系泊估漂方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)通過GPS確定載體的初始位置參數，并裝訂至導航計算機中；

(2)捷聯慣導系統進行預熱準備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計輸出的數據并對數據進行處理；

(3)IMU采用8個轉停次序為一個旋轉周期的轉位方案；

(4)根據旋轉狀態下陀螺儀的輸出確定出捷聯矩陣并將加速度計的輸出轉換到數學平臺坐標系；

(5)根據慣導系統動基座誤差方程建立載體系泊狀態時的估漂模型，以GPS提供的載體速度v₀為基準，并與慣導系統結算速度的差值作為觀測量，利用卡爾曼濾波技術實現慣性器件常值偏差的估計；

(6)將卡爾曼濾波估計出的慣性器件常值偏差采用平均濾波的方法將其進行平滑，濾除小幅度波動的影響；

所述IMU采用8個轉停次序為一個旋轉周期的轉位方案為：次序1，IMU從A點出發順時針轉動180°到達位置C，停止時間T_t；次序2，IMU從C點出發順時針轉動90°到達位置D，停止時間T_t；次序3，IMU從D點出發逆時針轉動180°到達位置B，停止時間T_t；次序4，IMU從B點出發逆時針轉動90°到達位置A，停止時間T_t；次序5，IMU從A點出發逆時針轉動180°到達位置C，停止時間T_t；次序6，IMU從C點出發逆時針轉動90°到達位置B，停止時間T_t；次序7，IMU從B點出發順時針轉動180°到達位置D，停止時間T_t；次序8，IMU從D點出發順時針轉動90°到達位置A，停止時間T_t；IMU按照此轉動順序循環進行；其中水平東向軸上的IMU停頓點p3、p8與p4、p7對稱于轉軸中心；北向軸上的停頓點p1、p5與p2、p6對稱于轉軸中心。

2.根據權利要求1所述的一種基于單軸轉停方案的系泊估漂方法，其特征是所述根據旋轉狀態下陀螺儀的輸出確定出捷聯矩陣并將加速度計的輸出轉換到數學平臺坐標系的方法為：

根據四階龍格庫塔法，應用四元數對慣導系統的捷聯矩陣進行實時更新，其公式表示為：

T·sp=Tsp[×ωiss]]]>

其中表示陀螺儀輸出；利用IMU坐標系與數學平臺坐標系的轉換關系，計算出數學平臺坐標系下的加速度值，

3.根據權利要求2所述的一種基于單軸轉停方案的系泊估漂方法，其特征是所述根據慣導系統動基座誤差方程建立載體系泊狀態時的估漂模型，以GPS提供的載體速度v₀為基準，并與慣導系統結算速度的差值作為觀測量，利用卡爾曼濾波技術實現慣性器件偏差的估計的方法為：

采用分離載體位置信息的誤差模型作為系統的估漂模型，建立以速度誤差為狀態變量的卡爾曼濾波狀態方程及速度誤差為量測量的量測方程；

1)建立卡爾曼濾波的狀態方程：

用一階線性微分方程來描述旋轉捷聯慣導系統的狀態誤差：

X·(t)=A(t)X(t)+B(t)W(t)]]>

其中X(t)為t時刻系統的狀態向量；A(t)和B(t)分別為系統的狀態矩陣和噪聲矩陣；

系統的狀態向量為：

系統的白噪聲向量為：

W=axayωxωyωz00000T]]>

其中δV_e、δV_n分別表示東向、北向的速度誤差；分別為IMU坐標系ox_s、oy_s軸加速度計零偏；ε_x、ε_y、ε_z分別為IMU坐標系ox_s、oy_s、oz_s軸陀螺的常值漂移；a_x、a_y分別為IMU坐標系ox_s、oy_s軸加速度計的白噪聲誤差；ω_x、ω_y、ω_z分別為IMU坐標系ox_s、oy_s、oz_s軸陀螺的白噪聲誤差；

系統的狀態矩陣為：

A(t)=F5×5T5×505×505×5]]>

其中：F5×5=F2×2F2×3F3×2F3×3]]>

F2×2=VntanLRn2ωiesinL+VetanLRn-2(ωiesinL+VetanLRn)0]]>

F2×3=0-fufnfu0-fe]]>

F3×2=0-1Rm1Rn0tanLRn0]]>

F3×3=0ωiesinL+VetanLRn-(ωiecosL+VeRn)-(ωiesinL+VetanLRn)0-VnRmωiecosL+VeRnVnRm0]]>

V_e、V_n分別表示東向、北向的速度；ω_ie表示地球自轉角速度；R_m、R_n分別表示地球子午、卯酉曲率半徑；L表示當地緯度；f_e、f_n、f_u分別表示為導航坐標系下東向、北向、天向的比力；

捷聯矩陣為：

Tsp=T11T12T13T21T22T23T31T32T33]]>

則

T5×5=T11T12000T21T2200000-T11-T12-T1300-T21-T22-T2300-T31-T32-T33;]]>

2)建立卡爾曼濾波的量測方程：

用一階線性微分方程來描述旋轉捷聯慣導系統的量測方程如下：

Z(t)＝H(t)X(t)+v(t)

其中：Z(t)表示t時刻系統的量測向量；H(t)表示系統的量測矩陣；

系統量測矩陣為：

H(t)=10000000000100000000]]>

量測量為水平速度誤差：

v(t)＝[v_e?v_n]^T。