[發明專利]一種大失準角情況下的快速傳遞對準方法

有效

• 申請號: 201910384077.6
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110044385B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 梁源;徐兵
• 申請（專利權）人: 北京壹氫科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;杜國慶

本發明公開了一種大失準角情況下的快速傳遞對準方法，首先用主子慣導所獲得的速度信息、姿態信息作為傳遞對準算法的輸入項，經過濾波算法處理后，得到子慣導作為失準角的速度誤差與姿態誤差，對速度誤差與姿態誤差進行實時補償，從而實現傳遞對準；本發明所設計的傳遞對準方法，根據傳遞對準不同階段的不同特征，采用不同的濾波輸入與濾波模型實現傳遞對準，在大失準角階段采用非線性模型保證傳遞對準的準確性；在小失準角階段采用線性模型提升傳遞對準計算效率；有效解決了傳統傳遞對準方法只能使用小失準角情況下的問題。

技術領域

本發明涉及慣性導航領域，具體涉及一種大失準角情況下的快速傳遞對準方法。

背景技術

隨著現代戰爭對武器裝備精確打擊能力和快速反應能力的要求日益提高，當前絕大部分車載、機載、艦載武器系統均以捷聯慣性導航系統(Strapdown InertialNavigation System，SINS)為核心導航設備，SINS的導航精度很大程度上決定了武器系統的最終打擊精度。而對于武器系統而言，考慮到系統安全性，無法采用衛星導航等有源導航手段來對慣性導航進行輔助，此時，慣性導航精度主要取決于自身導航精度。而由于慣性導航采用積分推算原理，高精度初始位姿是獲取高精度慣性導航定位數據的關鍵。目前一般采用傳遞對準技術對武器系統進行初始對準，即利用艦船、飛機、車輛上已對準好、精度高的慣導系統(主慣導系統)來對準武器系統上的慣導系統(子慣導系統)。傳遞對準過程可看作將主子慣導兩套系統進行數據比對和匹配的過程，傳遞對準結果可通過對準精度和時間兩個至關重要的因素來評判。子慣導系統在完成傳遞對準這一初始對準過程以后才可以進入正常導航狀態。目前主流的傳遞對準均是基于小角度假設(即子慣導系統的失準角是小角度)，從而可以利用線性濾波方法進行解決，然而，在實際使用中，很多情況下是無法滿足小角度假設的，即失準角并非小量誤差。針對大失準角對準時，目前采用的方法主要有兩種，一是傳遞對準姿態裝訂時，對子慣導進行安裝角補償，以期滿足小角度要求，然后進行傳統線性模型傳遞對準；二是采用非線性濾波模型和濾波算法，很多學者建立了以姿態角、姿態四元數或旋轉矢量為姿態描述的非線性誤差模型，可適用于大失準角下的傳遞對準。然而第一種方法的算法穩定性較差，容易出現算法發散的問題，較難應用于工程實際；而第二種方法存在計算量較大、收斂時間較長、在大失準角下估計度不高等問題。

發明內容

本發明擬提出一種大失準角情況下的快速傳遞對準方法，針對大失準角情況下的傳遞對準，采用“速度+姿態”匹配的傳遞對準濾波方法；在此基礎上，根據傳遞對準算法運行過程中失準角不同的收斂情況，進一步將傳遞對準流程分割為兩個階段，依據不同階段傳遞對準的不同情況與不同特征，采用不同的濾波模型和算法架構予以應對，實現了在大失準角情況下，快速且準確的傳遞對準。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種大失準角情況下的快速傳遞對準方法，首先用主子慣導所獲得的速度信息、姿態信息作為傳遞對準算法的輸入項，經過濾波算法處理后，得到子慣導作為失準角的速度誤差與姿態誤差，對速度誤差與姿態誤差進行實時補償，從而實現傳遞對準，其中，所述對速度誤差與姿態誤差進行補償是：在傳遞對準開始時，首先，將子慣導速度誤差與姿態誤差之間的非線性耦合關系作為濾波模型，將子慣導速度觀測誤差作為濾波算法的輸入量展開濾波計算，得到子慣導的速度誤差與姿態誤差后進行實時補償；隨著傳遞對準的運行，當失準角位于小失準角范疇時，將子慣導速度觀測誤差和姿態觀測誤差作為濾波算法的輸入量，將子慣導速度誤差與姿態誤差之間的線性化后的耦合關系作為線性濾波模型，展開濾波計算，得到子慣導的速度誤差與姿態誤差后進行實時補償。

方案進一步是：所述作為失準角的速度誤差與姿態誤差是通過將主慣導導航輸出的速度和姿態變量轉換為子慣導的外參考輸出獲得的，獲得的過程是：

第一步：確定主慣導與子慣導的速度轉換關系式，

式中，

為子慣導在導航北東地坐標系中表示的外參考三軸速度，