[發明專利]斷調平狀態下平臺慣導對準方法

有效

• 申請號: 201410525302.0
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104330094A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 高偉;單為;徐博;鄧麗穎;韓邢健;金辰;賀浩;劉洋;邱立民;董海波
• 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.斷調平狀態下平臺慣導對準方法，其特征是：

(1)將子慣導進入斷調平狀態初始時刻的子慣導平臺系凝固于慣性空間中，定義為子慣導平臺慣性系p₀，之后子慣導平臺系為s，此時主慣導平臺依舊工作在地理系n；

(2)將子慣導進入斷調平狀態初始時刻的主慣導平臺系凝固于慣性空間中，定義為主慣導平臺慣性系m；

(3)把子慣導進入斷調平狀態初始時刻的地球系凝固于慣性空間中，定義為地心慣性系i，把主慣導在地理系n上所測比力fⁿ投影到地心慣性系i上得到即為主慣導所測比力fⁿ在地心慣性系i的投影，為地理系n到的地心慣性系i的方向余弦矩陣；對于子慣導，定義子慣導在地心慣性系i所測比力f^j為f^s為子慣導在子慣導平臺系s上所測比力，為地理系m到的地心慣性系i的方向余弦矩陣，然后在i系上建立速度誤差微分方程與失準角微分方程；

(4)建立i系上的速度方程：

v·ii=fi-gi,]]>

為主慣導的速度微分在地心慣性系i下的投影，且gⁱ為地理系下重力加速度矢量gⁿ在平臺慣性系下投影則對子慣導也有：

v·jj=fj-gj,]]>

為子慣導的速度微分在地心慣性i系下的投影，

對v·ii=fi-gi]]>以及v·jj=fj-gj]]>兩式相減可得δv·ii=Cmifs×φi+Cmi▿,]]>即為速度誤差微分方程，為子慣導與主慣導的速度微分之差，為子慣導的加速度計零偏；

φ_i為子慣導平臺系與主慣導平臺慣性系之間夾角，不考慮撓曲變形，φ_i將只受子慣導的陀螺漂移影響：即為失準角微分方程；

(5)利用步驟(4)得到的速度誤差微分方程與失準角微分方程，建立速度匹配狀態觀測方程：

δv·ii=Cmifs×φi+Cmi▿φ·i=ϵ▿·=0ϵ·=0]]>

其中濾波模型為

X·=AX+BWZ=HX+V]]>

選取狀態量為

X=δvixiδviyiδviziφixφiyφiz▿x▿y▿zϵxϵyϵzT]]>

為子慣導與主慣導的速度微分之差在i系xyz三個方向下的投影，φ_ix,φ_iy,φ_iz為φi在i系xyz三個方向下的投影，為子慣導的加速度計零偏在i系xyz三個方向下的投影，ε_x,ε_y,ε_z為子慣導的陀螺漂移在i系xyz三個方向下的投影，則有：

A=03×3Cmi[fs×]Cmi03×303×303×303×303×303×303×303×303×303×303×303×303×3B=Cmi03×303×603×3I3×303×606×306×306×6]]>

H=I3×303×9[fs×]=0-fzsfysfzs0-fxs-fysfxs0]]>

W=waxwaywazwϵxwϵywaz000000T]]>

w_ax、w_ay、w_az與w_εx,w_εy,w_εz分別為對應加速度計以及陀螺上的系統噪聲。

觀測量Z為子慣導與主慣導在地心慣性系下速度的差值，V為量測噪聲，且為地理系m到的地心慣性系i的方向余弦矩陣；

(6)用步驟(5)的狀態觀測方程進行卡爾曼濾波，選取狀態初值X₀＝0_12×1，初始均方誤差陣為對角陣P₀，卡爾曼基本方程如下：

狀態一步預測

X^k,k-1=Φk,k-1X^k-1]]>

一步預測均方誤差陣

Pk,k-1=Φk,k-1Pk-1Φk,k-1T+Γk-1Qk-1Γk-1T]]>

濾波增益矩陣

Kk=Pk,k-1HkT[HkPk,k-1HkT+Rk]-1]]>

狀態估計

X^k=X^k,k-1+Kk[Zk-HkX^k,k-1]]]>

估計均方誤差陣

Pk=[I-KkHk]Pk,k-1[I-KkHk]T+KkRkKkT]]>

之后再返回狀態一步預測，繼續迭代，直到設定時間結束為止；

其中為第k時刻系統狀態估計，為根據k-1時刻的狀態估計對k時刻狀態進行預測得到的狀態，Φ_k,k-1為k-1時刻到k時刻的狀態轉移矩陣，P_k-1為第k-1時刻的均方誤差陣，P_k,k-1為為根據k-1時刻的均方誤差陣對k時刻均方誤差陣進行預測得到的矩陣，K_k為第k時刻的濾波增益陣，Z_k為第k時刻的量測值，H_k為第k時刻的量測矩陣，I為單位陣，Γ_k-1為第k-1時刻的系統噪聲驅動矩陣，R_k為第k時刻的觀測噪聲矩陣，Q_k-1為第k-1時刻的系統噪聲矩陣；

(7)利用步驟(6)得到的狀態估計得到φ_ix,φ_iy,φ_iz，然后構建Cms=I-[φi×],]]>即

Cms=1φiz-φiy-φiz1φizφiy-φix1]]>

再通過Cns=CmsCnm,]]>得到[φ×]=I-Cns,]]>且有

[φ×]=0-φzφyφz0-φx-φyφx0;]]>

(8)利用步驟(7)得到的[φ×]值，得到子慣導此時的真實姿態，即可調整子慣導的物理平臺，經過子慣導物理平臺x,y,z三軸分別轉動φ_x,φ_y,φ_z之后，即可使得子慣導的平臺系與主慣導的平臺系保持姿態一致。