[發明專利]一種大方位失準角線性對準方法

有效

• 申請號: 201610835250.6
• 申請日: 2016-09-20
• 公開（公告）號: CN106840194B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 王可東
• 申請（專利權）人: 南京喂啊游通信科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

本發明涉及一種大方位失準角線性對準方法，步驟如下：(1)根據粗對準系統的狀態方程和觀測方程，利用GPS觀測信息，通過線性卡爾曼濾波，實現粗對準過程，直至航向誤差角滿足小角度閾值條件；(2)保留粗對準收斂時的系統協方差陣，并將之作為精對準過程的初始條件；(3)延續粗對準的系統狀態變量及其位置、速度誤差方程和觀測方程，使用本發明給出姿態誤差方程，并將保存的協方差陣作為初始條件，進行精對準，至系統收斂至預期水平。本發明使系統誤差的協方差陣能從粗對準模型直接傳遞給精對準模型，實現平穩的模型切換過程，改善精對準收斂過程。

技術領域

本發明涉及一種大方位失準角線性對準方法，屬于慣性導航技術領域。

背景技術

初始對準是慣性導航的關鍵技術，也是INS/GNSS組合導航關鍵技術之一。在基于MEMS-INS/GNSS組合導航系統中，由于MEMS器件特別是陀螺儀的限制，導致無法通過自對準實現方位失準角的初始化，從而造成了大方位失準角問題，其中一種解決方法是直接進行動基座的對準。

建立準確的INS誤差傳播方程和采用適當的濾波技術是進行初始對準的主要問題。在大方位失準角的情況下的動基座對準模型本質上式非線性的，而非線性濾波不適宜工程應用，故多采用線性化方法。

現有的技術方案將對準分為粗對準和精對準兩個過程，在粗對準精度達到某一閾值條件時實現切換。在用歐拉角法描述失準角的條件下，粗對準將游動方位坐標系中的姿態誤差狀態替換為正弦和余弦項，從而實現方程線性化。同時，針對游動方位的三角函數可觀度較弱的問題，還提出一種顯著增加了可觀度的改進狀態方程。在精對準過程中，由于經過粗對準的失準角已足夠小，可以通過sinα≈α，cosα≈1實現線性化。

現有對線性濾波方案中，在粗對準和精對準中使用不同的狀態變量和狀態方程，這造成了由粗到精過渡時的模型切換問題。由于系統狀態變量不一致，粗對準得到的協方差陣不能直接用于精對準，相應的，精對準過程也需要重新對設定協方差陣。由于協方差陣的損失，模型切換往往使濾波過渡無法平穩實現，影響精對準過程的收斂速度。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術在粗對準和精對準模型切換中的過渡不平穩問題，提供了一種新型大方位失準角線性對準方法，使系統誤差的協方差陣能從粗對準模型直接傳遞給精對準模型，實現平穩的模型切換過程，改善精對準收斂過程。

本發明的技術要點：

1.粗對準過程延續現有方案；

2.精對準過程中，延續粗對準系統的狀態變量，即系統狀態變量定義為：

其中，L、λ和h分別為緯度、經度和高度，δV_E、δV_N和δV_U分別為東向、北向和天向的速度誤差，θ、γ和分別為俯仰、滾動和航向角誤差。

粗對準系統的姿態誤差方程為：

其中為計算坐標系相對慣性坐標系的角速率在計算坐標系中的投影，ε_x、ε_y和ε_z為陀螺儀漂移項，Fs和Fc為非線性項，定義為：

粗對準中，Fs和Fc近似為0，精對準則不能這樣簡化。精對準時，式(2)中θ、γ、ε_z均是小量，也是隨著方位角的減小而趨于零的小量，當方位角減小到8-10度時，的值減小到0.01以內。因此與θ、γ、ε_z的乘積為高階小量，消去高階小量近似得到：

此時，得到精對準的系統姿態誤差方程：