[發明專利]一種實現陸用慣性導航系統運動對準的方法

無效

• 申請號: 201010227110.3
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101900573A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 付夢印;王清哲;鄧志紅;肖烜;林杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種實現陸用慣性導航系統運動對準的方法，適用于各類慣性導航系統的初始對準，屬于慣性導航系統初始對準技術領域。

背景技術

慣性導航系統是復雜的高精度機電綜合系統，由于具有完全自主性的優點而廣泛應用于陸海空天領域。慣性導航系統在轉入導航狀態前需要進行初始對準以提供必要的初始值，依據載體的運動情況劃分，對準分為：靜基座對準和運動對準。同靜基座對準相比，運動對準在縮短對準時間、提高對準精度和機動性等方面具有明顯的優勢。為實現慣性導航系統在運動過程中的對準，必須引入外部觀測信息(包括速度、位置等)。對于陸用車輛而言，通常采用全球定位系統(GPS)作為輔助導航設備來實現慣性導航系統運動對準。

目前已有的GPS輔助慣性導航系統實現運動對準的方法，即傳統卡爾曼濾波方法，其原理是根據GPS輸出的位置或速度與慣性導航系統的位置或速度之差作為觀測量，在慣性導航系統動態誤差模型的基礎上，采用傳統卡爾曼濾波方法對慣性導航系統的誤差狀態進行估計，對姿態矩陣進行開環或閉環方式反饋，實現運動對準。這種方法的缺點是：在實際應用中，由于車輛的隨機振動和行駛環境(如山區、隧道等)的影響，GPS的速度輸出帶有各種干擾噪聲，且干擾信號統計特性不完全已知。對這些受干擾的觀測量如果不采取有效的處理方法而直接進行卡爾曼濾波，則不僅會降低當前的估計精度，對于后續的估計效果也會產生影響，嚴重時會引起濾波發散，導致對準失敗。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術存在的不足，提出一種實現陸用慣性導航系統運動對準的方法。本發明的基本原理是：在慣性導航系統動態誤差模型和觀測方程的基礎上，以GPS輸出速度作為觀測量，采用卡爾曼濾波對載車的加加速度進行估計，并判別GPS速度輸出是否為野值。若GPS速度輸出為野值，采用卡爾曼濾波平滑方法對當前狀態進行遞推；否則，采用主、從卡爾曼濾波器來實現慣性導航系統狀態和噪聲統計特性的同步估計，主濾波器對慣性導航系統的狀態進行估計，其新息和方差作為從濾波器的觀測量；從濾波器對主濾波器觀測噪聲的均值和方差進行估計，估計結果為下一次主濾波器的濾波提供噪聲特性輸入；從而實現陸用慣性導航系統的運動對準。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種實現陸用慣性導航系統運動對準的方法，包括如下步驟：

步驟一、建立包括位置誤差、速度誤差、失準角和慣性器件誤差漂移的慣性導航系統動態誤差模型；動態誤差模型為φ角誤差方程或ψ角誤差方程；

在東北天坐標系下，動態誤差模型表示如公式1所示。

x·(t)=F(t)x(t)+w(t)---(1)]]>

式中，t為時間值，是正實數；x(t)表示慣性導航系統動態誤差模型的狀態向量，由位置誤差δP、速度誤差δVⁿ、失準角陀螺儀零偏ε_g和加速度計零偏組成；w(t)表示慣性導航系統動態誤差模型的系統噪聲；F(t)為轉移矩陣；表示慣性導航系統動態誤差模型的狀態向量的變化量。

對該動態誤差模型進行離散化處理，可得：

x_k＝F_k-1x_k-1+w_k????????????????????????(2)

式中，k表示時間值，為正整數；F_k-1表示離散化的慣性導航系統的一步轉移矩陣，x_k為離散化后的k時刻慣性導航系統的狀態向量，w_k表示k時刻的慣性導航系統動態誤差模型的系統噪聲，是均值為零，方差為Q的白噪聲序列，Q值根據實際應用環境人為設定，Q為正實數。