[發明專利]一種基于重力信息的光纖陀螺羅經快速精對準方法

有效

• 申請號: 201711406757.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108279025B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 鄧東黎;曹陽;范鑫
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

1.一種基于重力信息的光纖陀螺羅經快速精對準方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、定義坐標系：n系為導航坐標系，采用當地地理坐標系ENU；e系為地球坐標系；在初始對準起始時刻，將e系在慣性空間內凝固成為i₀，i₀′為計算慣性凝固坐標系；p系為載體坐標系；i_p0系為載體慣性凝固坐標系；在初始對準起始時刻，將p系在慣性空間凝固成為i_p0；

步驟2、將p系到n系的姿態矩陣分解，并逐級求解；

式中，為i₀系到n系的姿態矩陣；為i₀'系到i₀系的姿態矩陣；為i_p0系到i₀'系的姿態矩陣；為p系到i_p0系的姿態矩陣；

步驟3、設計精對準卡爾曼濾波器；

步驟4、設定濾波觀測量Z；

其中，

式中，由加速度計和陀螺輸出解算求得；由重力信息計算；g為重力；ω_ie為地球自轉角速度；

步驟5、利用步驟3設計的精對準卡爾曼濾波器和步驟4設定的觀測量精完成精對準。

2.根據權利要求1所述的一種基于重力信息的光纖陀螺羅經快速精對準方法，其特征在于：所述步驟2的具體步驟包括：

(1)計算并在精對準過程保持更新；

式中：λ＝Ω(t-t₀)為因地球自轉隨時間變化的角度，Ω為地球自轉角速度；為當地緯度；

(2)計算使用基于重力信息的雙矢量定姿進行粗對準，得到的估計值

(3)計算并利用陀螺輸出信息使用旋轉矢量算法更新對應四元數并在精對準過程保持更新；

式中，為p系到i_p0系的四元數；為陀螺輸出角速率；使用陀螺輸出信息計算。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于重力信息的光纖陀螺羅經快速精對準方法，其特征在于：所述步驟3的具體步驟包括：

(1)建立離散Kalman濾波的基本方程為：

式中，Φ_k,k-1為離散化的一步狀態轉移矩陣；為狀態估計值；P_k為估計的均方誤差；Q_k為系統噪聲方差陣；K_k為濾波增益；H_k為觀測矩陣；

(2)構造12維狀態矢量X：

式中，為i₀系誤差角；為i₀速度誤差；ε^p為陀螺常值漂移；為加速度計零位；

(3)建立12維狀態空間方程：

其中，A(t)、G(t)分別為t時刻狀態矩陣和系統噪聲驅動矩陣；f^p為加速度計輸出；W為正態分布的高斯白噪聲；

(4)采用速度匹配算法，建立觀測方程為：

Z＝HX+V

式中，觀測量噪聲序列V～N(0,R)；

觀測矩陣H為H＝[0_3×3 I_3×3 0_3×3 0_3×3]；

(5)設置卡爾曼濾波器參數

狀態方差初始值P₀為：

P₀＝diag{(5°)²(5°)²(5°)²(2m/s)²(2m/s)²(2m/s)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(1mg)²(1mg)²(1mg)²}

系統噪聲序列協方差Q為：

Q＝diag{(0.02°/h)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(1mg)²(1mg)²(1mg)²}

觀測噪聲協方差R為：

R＝diag{(0.1m/s)²(0.1m/s)²(0.1m/s)²}。

4.根據權利要求3所述的一種基于重力信息的光纖陀螺羅經快速精對準方法，其特征在于：所述步驟5的具體步驟包括：

(1)使用基于重力信息的雙矢量定姿進行粗對準，得到的估計值

(2)選取卡爾曼濾波狀態初值為0，估計均方誤差初值P₀、系統噪聲序列協方差Q，觀測噪聲協方差R；

(3)更新和

(4)計算濾波觀測量Z；

(5)計算狀態估計

(6)判斷精對準時間是否結束，如果已經結束則轉到步驟5的第(7)步，未結束則繼續步驟5的第(3)步；

(7)卡爾曼波狀態估計提取出i₀′系相對于i₀系存在小角度誤差轉換為

(8)利用步驟2中p系到n系的姿態矩陣公式得到姿態矩陣，完成精對準，從而完成初始對準。