[發(fā)明專利]基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810522787.6
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108759842A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃衛(wèi)權(quán);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(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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

本發(fā)明涉及一種基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法，多普勒計程儀提供外部參考速度；通過多普勒計程儀判據(jù)判斷外部參考速度是否可用；當(dāng)不可用時，導(dǎo)航系統(tǒng)切換到無阻尼狀態(tài)下進(jìn)行解算并輸出導(dǎo)航信息，包括速度信息、位置信息和姿態(tài)信息；當(dāng)可用時，切換到基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)調(diào)制格網(wǎng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼狀態(tài)下進(jìn)行結(jié)算，根據(jù)外部參考速度和前一次解算過程得到的速度、姿態(tài)、位置信息，通過卡爾曼濾波器準(zhǔn)確估計出無阻尼系統(tǒng)的速度誤差、姿態(tài)誤差和位置誤差并進(jìn)行反饋校正，解算得到新導(dǎo)航信息。本算法有效抑制舒勒振蕩誤差和慣性器件誤差，更可抑制系統(tǒng)在由無阻尼工作狀態(tài)切換到阻尼工作狀態(tài)時切換過程中產(chǎn)生的超調(diào)誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種外水平阻尼算法，特別是一種基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法。

背景技術(shù)

以艦船為例，對于長時間航行的艦船來說，慣性測量組件引起的導(dǎo)航誤差隨著時間不斷積累，約占系統(tǒng)誤差的90％左右，嚴(yán)重影響了導(dǎo)航定位的準(zhǔn)確性。而當(dāng)采用單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)后，慣性器件常值誤差得到有效抑制，此時慣性器件隨機(jī)誤差就成為影響導(dǎo)航精度的主要因素。

對于一定時間內(nèi)有外部信息進(jìn)行綜合校正的船舶來說，抑制單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制格網(wǎng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的舒勒振蕩可以有效地提高船舶航行的導(dǎo)航精度。借鑒常規(guī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，基于水平阻尼網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)的外水平阻尼技術(shù)即可有效抑制84.4min的舒勒周期振蕩，同時，調(diào)制舒勒周期振蕩的傅科振蕩也可得到有效抑制。

無阻尼和外水平阻尼工作方式是船舶航行最常用的兩類工作方式，因而船舶將在無阻尼與外水平阻尼兩種工作狀態(tài)下頻繁切換。由于外部參考速度存在誤差同時由于系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程中存在著時間延遲現(xiàn)象，基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)的外水平阻尼算法在系統(tǒng)由無阻尼切換到外水平阻尼工作狀態(tài)時存在超調(diào)誤差，這將極大地影響船舶的實(shí)時導(dǎo)航精度。因此本發(fā)明的目的就是在船用單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制格網(wǎng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于卡爾曼(Kalman)濾波的外水平阻尼算法來抑制工作狀態(tài)切換過程中的超調(diào)誤差，從而提高船舶在極區(qū)航行時的導(dǎo)航精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠解決船用單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制格網(wǎng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)切換過程中存在的超調(diào)問題的基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法，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(jù)判斷多普勒計程儀提供的外部參考速度是否可用；當(dāng)步驟一中提供的外部參考速度不可用時，執(zhí)行步驟三；當(dāng)步驟一中提供的外部參考速度可用時，執(zhí)行步驟四；

步驟三：導(dǎo)航系統(tǒng)切換到無阻尼狀態(tài)下進(jìn)行解算并輸出導(dǎo)航信息，包括速度信息、位置信息和姿態(tài)信息；

步驟四：導(dǎo)航系統(tǒng)切換到基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)調(diào)制格網(wǎng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼狀態(tài)下進(jìn)行結(jié)算，具體過程為：根據(jù)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(tài)、位置信息，通過卡爾曼濾波器準(zhǔn)確估計出無阻尼系統(tǒng)的速度誤差、姿態(tài)誤差和位置誤差并對無阻尼系統(tǒng)進(jìn)行反饋校正，進(jìn)而解算得到新的導(dǎo)航信息。

本發(fā)明一種基于卡爾曼濾波的旋轉(zhuǎn)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)外水平阻尼方法，還包括：

1.步驟二中通過DVL判據(jù)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(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒計程儀輸出速度信息，δV_GSINS和δV_DVL分別為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒計程儀的速度測量誤差，V_true為船舶航行的真實(shí)速度，取t₁時刻和鄰近時刻t₂的濾波器觀測值如下：