[發明專利]一種基于雙模型切換的二次傳遞對準方法

有效

• 申請號: 201410356581.2
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104330092B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 陳帥;鐘潤伍;王磊杰;董亮;余威;常耀偉;金磊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明屬于慣性導航系統技術領域，特別是一種基于雙模型切換的二次傳遞對準方法。

背景技術

傳遞對準是利用主子慣導系統的速度、姿態等導航參數進行匹配，濾波估計出子慣導系統相對與主慣導系統的失準角，從而建立精確的子慣導數學平臺，同時對子慣導的導航信息進行初始化的過程。

目前，在失準角為小角度條件下的快速傳遞對準技術已經較為成熟，在快速性和精確性方面都能滿足需求。然而，在工程應用中經常會出現失準角為大角度的情況。在這種情況下傳統的線性誤差模型將不能準確的描述慣導系統的誤差傳播特性，從而會給濾波結果帶來較大誤差，甚至導致濾波發散。

文獻《IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS》第35卷中，文獻《Comparison of SDINS In-Flight Alignment Using Equivalent Error Models》中研究了一種可用于大失準角條件下的基于四元數誤差的非線性模型。該模型能應用在大失準角條件下，但存在著濾波收斂慢，濾波收斂精度略差的缺點。

發明內容

本發明旨在針對在慣性導航系統動基座對準中存在大失準角時的快速與精確傳遞對準問題，提出一種基于雙模型切換的二次傳遞對準方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于雙模型切換的二次傳遞對準方法，應用于由主慣導系統和子慣導系統組成的慣性導航系統，前述主慣導系統和子慣導系統均為捷聯式慣性導航系統，前述方法包括以下步驟：

步驟1、主慣導系統采用固定頻率向子慣導系統發送導航參數，子慣導系統利用主慣導的導航參數完成粗對準，前述導航參數包括速度，姿態和位置信息；

步驟2、子慣導系統基于主慣導系統導航參數構造觀測量；

步驟3、在四元數誤差模型下使用擴展卡爾曼濾波進行迭代解算，待失準角縮小到一預設角度α時，進行濾波切換，然后在歐拉角誤差模型下使用標準卡爾曼濾波進行迭代解算，直到失準角估計值收斂且穩定；以及

步驟4、利用步驟3估計出的失準角來修正子慣導系統的姿態矩陣，得到捷聯初始姿態矩陣，以完成二次傳遞對準。

進一步的實施例中，前述預設角度α的取值范圍為：|α|≤5°。

由以上本發明的技術方案可知，本發明的有益效果在于：

1、相對于基于四元數的非線性誤差模型，本發明的方法具有計算量小，濾波收斂快，對準精度高的優點。

2、相對于基于歐拉角的線性誤差模型，本發明的方法具有適用范圍廣的優點，既可用于大失準角條件下，也可用于小失準角條件下。

3、本發明的方法同時具備了線性模型濾波收斂速度快，精度高，非線性模型使用范圍廣的優點，同時滿足了系統的快速性，精確性，健壯性要求。

附圖說明

圖1是二次傳遞對準仿真試驗，基于雙模型切換的二次傳遞對準與基于四元數誤差的傳遞對準結果對比圖。

圖2是傳遞對準跑車試驗中，對主慣導系統補償不同角度時的姿態失準角估計曲線。

具體實施方式

為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。

根據本發明的較優實施例，一種基于雙模型切換的二次傳遞對準方法，應用于由主慣導系統和子慣導系統組成的慣性導航系統，前述主慣導系統和子慣導系統均為捷聯式慣性導航系統，前述方法包括以下步驟：

步驟1、主慣導系統采用固定頻率向子慣導系統發送導航參數，子慣導系統利用主慣導的導航參數完成粗對準，前述導航參數包括速度，姿態和位置信息；

步驟2、子慣導系統基于主慣導系統導航參數構造觀測量；

步驟3、在四元數誤差模型下使用擴展卡爾曼濾波進行迭代解算，待失準角縮小到一預設角度α時，進行濾波切換，然后在歐拉角誤差模型下使用標準卡爾曼濾波進行迭代解算，直到失準角估計值收斂且穩定；以及

步驟4、利用步驟3估計出的失準角來修正子慣導系統的姿態矩陣，得到捷聯初始姿態矩陣，以完成二次傳遞對準。

作為一個較佳的實施例，前述預設角度α的取值范圍為：|α|≤5°。例如可取值為2°。

下面詳細說明上述各步驟的具體實施。

1)在四元數誤差模型下使用擴展卡爾曼濾波進行迭代解算，其實現包括以下步驟：

11)四元數誤差與速度誤差方程：

式中：δQ為四元數誤差；矩陣M，U和Y分別為：