[發明專利]基于卡爾曼濾波的旋轉式慣性導航系統外水平阻尼方法

在審

• 申請號: 201810522787.6
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108759842A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 黃衛權;方濤;程建華;馬駿;羅莉;趙琳;李夢浩;李景旺;車灃竺;崔雅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于卡爾曼濾波的旋轉式慣性導航系統外水平阻尼方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：多普勒計程儀提供外部參考速度；

步驟二：通過多普勒計程儀判據判斷多普勒計程儀提供的外部參考速度是否可用；當步驟一中提供的外部參考速度不可用時，執行步驟三；當步驟一中提供的外部參考速度可用時，執行步驟四；

步驟三：導航系統切換到無阻尼狀態下進行解算并輸出導航信息，包括速度信息、位置信息和姿態信息；

步驟四：導航系統切換到基于卡爾曼濾波的旋轉調制格網慣性導航系統外水平阻尼狀態下進行結算，具體過程為：根據步驟一提供的外部參考速度和前一次解算過程得到的速度、姿態、位置信息，通過卡爾曼濾波器準確估計出無阻尼系統的速度誤差、姿態誤差和位置誤差并對無阻尼系統進行反饋校正，進而解算得到新的導航信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的旋轉式慣性導航系統外水平阻尼方法，其特征在于：步驟二中通過DVL判據判斷多普勒計程儀提供的外部參考速度是否可用具體過程為：

式中V_GSINS和V_DVL分別為慣性導航系統和多普勒計程儀輸出速度信息，δV_GSINS和δV_DVL分別為慣性導航系統和多普勒計程儀的速度測量誤差，V_true為船舶航行的真實速度，取t₁時刻和鄰近時刻t₂的濾波器觀測值如下：

式中和分別為t₁和t₂時刻濾波器觀測值，則t₁和t₂時刻濾波器觀測值差值滿足：

式中為鄰近時刻格網慣性導航系統解算的速度誤差的差值，為多普勒計程儀測速誤差在鄰近時刻的差值，如果t₁和t₂時刻濾波器觀測值差值發生大的改變，則步驟一中提供的外部參考速度不可用，系統由外水平阻尼狀態向無阻尼狀態切換；如果t₁和t₂時刻濾波器觀測值差值由劇烈變化狀態向小幅變化狀態變化，則步驟一中提供的外部參考速度可用，系統由無阻尼狀態向外水平阻尼狀態切換。

3.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的旋轉式慣性導航系統外水平阻尼方法，其特征在于：步驟四中卡爾曼濾波器滿足：

系統誤差狀態方程和量測方程為：

式中，X＝[φ_GE φ_GN φ_GU δV_GE δV_GN δX δY δZ δV_rGE δV_rGN]^T，φ_GN、φ_GE和φ_GU分別為格網姿態誤差角；δV_GE和δV_GN分別為格網東向速度誤差和北向速度誤差；δX、δY和δZ分別為地心地固坐標系下三軸位置誤差；δV_rGE和δV_rGN分別為多普勒計程儀在格網東向和北向的速度測量誤差；系統狀態方程中A為狀態方程系數矩陣，W為系統噪聲序列；量測方程中選取Z為量測值，H為量測矩陣，η為量測噪聲序列，A、H分別為如下形式：

式中

上述子矩陣中(·×)表示向量的反對稱矩陣，(·)_m,n表示對矩陣取前m行n列，子矩陣C_ωGv、C_ωeR、C_ωGR和C_R的具體形式為：

其中R為地球半徑，σ為格網方位角，L為緯度值，λ為經度值，ω_ie為地球相對慣性系的自轉角速度，V_GN為格網北向速度，V_GE為格網東向速度。

4.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的旋轉式慣性導航系統外水平阻尼方法，其特征在于：t₁和t₂時刻濾波器觀測值差值發生大的改變指的幅值大于0.5m/s；t₁和t₂時刻濾波器觀測值差值由劇烈變化狀態向小幅變化狀態變化指的幅值小于0.5m/s。