[發(fā)明專利]一種慣性里程計組合高精度姿態(tài)測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410324640.8
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105318876A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 艾瀛濤;郭玉勝;莊廣琛;馬小艷;宋雅蘭;莫明崗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京自動化控制設(shè)備研究所
• 主分類號: G01C21/26
• 分類號: G01C21/26
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)航方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種慣性/里程計組合高精度姿態(tài)測量方法，可應(yīng)用于車載長航時組合導(dǎo)航，復(fù)雜地形測繪等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對自主性、可靠性、精度等要求高的車輛導(dǎo)航應(yīng)用場合,常使用多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng),尤其在軍用場合,組合導(dǎo)航更是首選方案。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以完全自主地提供全面的導(dǎo)航信息,但其誤差會隨著時間不斷積累。里程計作為車載導(dǎo)航系統(tǒng)中十分重要的組成部分，其特點是成本較低，且誤差不隨時間積累，可以測得較精確的車速或里程，所以可以將慣導(dǎo)系統(tǒng)與里程計進行組合，以取得較高精度的測量結(jié)果。

慣性/里程計組合的常用方法為航位推算，即利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進行姿態(tài)測量，利用里程計進行速度或路程測量，并經(jīng)過刻度系數(shù)修正后，借助慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)信息，從載體坐標系轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標系，從而得到載體不隨時間發(fā)散的、較精確的位置信息。該方法的精度主要受里程計刻度系數(shù)和姿態(tài)精度的影響，因此如何提高姿態(tài)測量精度，成為影響慣性/里程計組合導(dǎo)航精度的主要因素。

綜上，亟需提出一種基于慣性/里程計的高精度姿態(tài)測量方法，將航位推算結(jié)果和慣性導(dǎo)航解算結(jié)果進行組合，利用卡爾曼濾波算法對慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)誤差和陀螺漂移誤差進行估計并修正，從而提高系統(tǒng)姿態(tài)測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種慣性/里程計組合高精度姿態(tài)測量方法，對慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)誤差和陀螺漂移誤差進行估計并修正，提高系統(tǒng)姿態(tài)測量精度，進而提高系統(tǒng)組合導(dǎo)航精度。

為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種慣性里程計組合高精度姿態(tài)測量方法，包括以下步驟：

(1)確定卡爾曼濾波狀態(tài)方程狀態(tài)變量

卡爾曼濾波狀態(tài)方程取19個狀態(tài)變量，分別為：北向速度誤差δV_N、天向速度誤差δV_U、東向速度誤差δV_E、緯度誤差高度誤差δh、經(jīng)度誤差δλ、北向失準角φ_N、天向失準角φ_U、東向失準角φ_E、X陀螺漂移ε_x、Y陀螺漂移ε_y、Z陀螺漂移ε_z、X加表零偏Y加表零偏Z加表零偏航位推算緯度誤差航位推算高度誤差δh_D、航位推算經(jīng)度誤差δλ_D、里程計刻度系數(shù)誤差δK_D；

(2)確定系統(tǒng)各誤差方程

a)速度誤差方程

式中：

V_N、V_U、V_E——北向、天向、東向速度，單位：m/s；

RM——子午圈半徑，單位：m；

RN——卯酉圈半徑，單位：m；

h——慣性高度，單位：m；

ω_ie——地球自轉(zhuǎn)角速率，常數(shù)，取7.292115×10^-5rad/s；

——緯度，單位：rad；

f_N、f_U、f_E——濾波計算用n系下三軸比力分量，單位：m/s²；

C₁₁、C₂₁、C₃₁、C₁₂、C₂₂、C₃₂、C₁₃、C₂₃、C₃₃——姿態(tài)矩陣中的元素；

b)位置誤差方程

c)姿態(tài)角誤差方程

d)陀螺和加速度計誤差方程