[發明專利]一種基于慣性系的組合導航初始粗對準方法

在審

• 申請號: 201711112755.0
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107941242A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 張濤;陳浩;顏亞雄
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 施昊

技術領域

本發明屬于捷聯慣性導航技術領域，特別涉及了一種基于慣性系的組合導航初始粗對準方法。

背景技術

初始對準是管道系統開始導航之前必不可少的準備工作，對準的精度和時間更是直接影響到后續導航的精度以及慣導系統的啟動時間。捷聯慣導系統初始對準可以分為粗對準和精對準兩個階段，而精對準的對準精度很大程度上取決于粗對準。

目前常用的對準方法包括傳統的解析式粗對準結合卡爾曼濾波實現的靜基座對準方法、通過提高系統的可觀測性進而提高對準精度的多位置對準方法、傳遞對準方法、搖擺晃動條件下或是行進中實現的動基座條件下的對準方法。其中，在搖擺晃動基座條件下的一類對準方法是將初始捷聯矩陣分解為慣性坐標系相對導航坐標系的變換矩陣、初始載體坐標系相對慣性坐標系的矩陣和載體坐標系相對初始載體坐標系的變換矩陣的乘積的形式，求解初始載體坐標系與慣性坐標系之間的變換矩陣，進而實現初始對準的慣性坐標系對準方法。但是現有的初始對準方法的精度經常無法滿足要求。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供一種基于慣性系的組合導航初始粗對準方法，提高初始粗對準的精度。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種基于慣性系的組合導航初始粗對準方法，包括以下步驟：

(1)建立初始對準坐標系；

(2)獲取傳感器信息，包括GPS系統得到的經緯度信息、里程計的速度信息以及陀螺儀和加速度計的信息，并利用經緯度信息求取變換矩陣；

(3)利用FIR濾波器對陀螺儀、加速度計以及里程計的信息進行濾波以降低系統的高頻噪聲干擾，并對FIR濾波器進行時延分析；

(4)將FIR濾波器的輸出用于導航解算，將姿態矩陣分解成多個坐標變換矩陣，從而將姿態矩陣的求解轉化為常值矩陣求解，并對FIR濾波器進行時延補償，其中下標b表示載體坐標系，上標n表示導航坐標系，下標表示凝固慣性坐標系，上標i₀表示初始時刻慣性坐標系；

(5)采用姿態優化算法求解常值矩陣完成初始粗對準。

進一步地，步驟(1)中所述初始對準坐標系包括：

i系，即地心慣性坐標系，ox_i軸在赤道平面內且指向春分點，oz_i軸指向地球自轉方向，三軸構成右手坐標系；

e系，即地球坐標系，ox_e軸在赤道平面內且指向中央子午線，oz_e軸沿地球自轉方向，三軸構成右手坐標系；

n系，即導航坐標系，選取“東-北-天”坐標系為導航坐標系；

b系，即載體坐標系，定義“右-前-上”坐標系為載體系；

i₀系，即初始時刻慣性坐標系，在初始對準起始時刻，ox_i0軸在當地子午面內且平行于赤道平面，oz_i0軸指向地球自轉方向，三軸構成右手坐標系，初始對準開始后i₀系三軸方向相對慣性空間保持不動；

e₀系，即初始時刻地球坐標系，原點為地球中心，ox_e0軸在赤道平面內且指向當地子午線，oz_e0沿地球自轉方向，三軸構成右手坐標系；

n₀系，即初始時刻導航坐標系，把初始對準開始時刻的導航坐標系定義為n₀系，它相對地球表面固定不動，即不隨捷聯慣組在地球表面運動而運動；

系，即凝固慣性坐標系，在初始對準起始時刻系重合于b系，初始對準開始后系不隨捷聯慣性系統轉動，即在慣性空間中保持指向不變。

進一步地，在步驟(3)中采用三階FIR濾波器，濾波公式如下：

y(k)＝b₀x(k)+b₁x(k-1)+b₂x(k-2)+b₃x(k-3)-a₁y(k-1)-a₂y(k-2)-a₃y(k-3)上式中，x(k)為傳感器讀取的數據，y(k)為FIR濾波器的輸出；b₀,a_i,b_i為系數，i＝1,2,3。

進一步地，在步驟(3)中，計算FIR濾波器的時間延遲：

上式中，N為抽頭數，Fs為采樣頻率。