[發明專利]一種基于系統狀態估計的SINS/GPS高精度重力擾動補償方法

在審

• 申請號: 201810985194.3
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109186591A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 陳霖周廷;崔祚;高麒麟;楊登紅;薛九天;賈赟
• 申請（專利權）人: 貴州理工學院
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/49
• 代理公司: 貴州啟辰知識產權代理有限公司 52108
• 代理人: 趙彥棟

本發明公開一種基于系統狀態估計的SINS/GPS高精度重力擾動補償方法，該方法它包括以下步驟：將SINS測量得到的比力信息與GPS測量得到的運動加速度信息進行求差計算，獲取帶有隨機誤差的重力擾動信息；建立重力擾動場的自回歸統計模型；將重力擾動作為新的狀態量進行組合系統濾波狀態增廣，并根據重力擾動場的統計模型建立SINS系統誤差方程，得到用于濾波估計的誤差模型系統方程；選取GPS的位置、速度和加速度信息作為外部量測量，構建卡爾曼濾波器對SINS/GPS系統狀態(包含重力擾動)進行最優估計，獲取更加精確的重力擾動值，并在慣性導航方程的每個迭代周期進行重力擾動高精度補償，本發明能高效、精確的進行SINS/GPS重力擾動補償。

技術領域

本發明涉及一種基于系統狀態估計的SINS/GPS高精度重力擾動補償方法，屬于導航技術領域。

背景技術

SINS/GPS組合導航系統其主要構成部分為捷聯慣導系統(StrapdownInertialNavigationSystem,SINS)和全球衛星定位系統(GlobalPositionSystem,GPS)。SINS/GPS組合導航系統將SINS數據短期精度高、輸出數據頻率高的優點和GPS數據長期穩定性好、不隨時間漂移的優點集為一體，進行SINS/GPS數據融合計算，可輸出高精度的位置、速度和姿態信息。

在通常情況下，SINS/GPS導航計算所使用的重力加速度矢量是通過正常重力模型計算而得，但是采用正常重力模型求得的正常重力只是真實重力的近似表示，其二者之差(即重力擾動)是客觀存在的。對于高精度的SINS/GPS，慣性器件的精度量級遠高于重力擾動的量級，重力擾動成為高精度SINS/GPS的一項主要誤差源，在SINS/GPS導航計算中不能簡單使用正常重力代替真實重力，否者將嚴重影響高精度SINS/GPS的導航精度。因此對于高精度SINS/GPS而言，重力擾動不可忽略，必須考慮對重力擾動進行有效補償。

對重力擾動進行有效補償的前提是精確獲得重力擾動，目前主要有三種獲得重力擾動的方法：1.絕對重力儀測量法；2.基于統計模型的最優估計法；3.直接求差法。基于絕對重力儀測量的方法可以得到每一個重力測量位置的精確測量結果，但受地形等客觀因素的制約，不僅效率低下，而且人力物力耗費巨大。基于統計模型的最優估計法從理論上可以得到最優的重力擾動估計值，前提是擁有一個足夠精確的重力擾動模型，如果面對一個陌生測區或者地形復雜、地殼密度變化較大的測區，精確重力擾動模型的建立將十分困難。直接求差法是目前普遍采用的方法，其將SINS測量的比力與GPS測量的運動加速度二者求差即可得到重力擾動信息，但是直接求差法不是一種最優的估計算法，其得到的重力擾動測量值精度有限。針對上述方法存在的不足，特別在對陌生、復雜地形的區域情況下，建立一種高效、精確的SINS/GPS重力擾動補償方法十分必要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于系統狀態估計的SINS/GPS高精度重力擾動補償方法，可以克服現有技術的不足。

本發明的技術方案是：一種基于系統狀態估計的SINS/GPS高精度重力擾動補償方法，其特征在于，該方法它包括以下步驟：步驟A：在導航坐標系下將SINS測量輸出的比力信息和GPS測量輸出的運動加速度信息進行求差，消除共有的運動加速度信息，得到含有隨機誤差噪聲的重力擾動信息；步驟B：以步驟A得到的重力擾動信息為先驗信息采用自回歸統計分析方法推測重力擾動的數據分布情況，建立重力擾動場的自回歸統計模型；步驟C：將步驟B獲得的重力擾動統計模型引入SINS誤差方程，用于濾波估計；步驟D：基于步驟C獲得的濾波估計，選取GPS的位置、速度和加速度信息作為外部量測量，構建卡爾曼濾波器對重力擾動矢量進行最優估計，將獲取的最優估計通過重力補償用的慣性導航方程，對每個迭代周期進行重力擾動高精度補償。