[發明專利]晃動基座條件下陸用慣性導航系統的自適應初始對準方法

有效

• 申請號: 202010550908.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111795708B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 仝海波;馮波;張鵬;趙鵬;成葵交;魯志勇;袁宏成;鄧胖;馬學新;王愷;李珂;劉越
• 申請（專利權）人: 湖南跨線橋航天科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16
• 代理公司: 長沙睿翔專利代理事務所(普通合伙) 43237
• 代理人: 周松華;孫建霞

本發明提供了一種晃動基座條件下陸用慣性導航系統的自適應初始對準方法，包括：S1、粗對準結束后，計算獲得載體的初始精對準誤差模型矩陣的數值解；S2、將誤差模型中的系統方程進行離散化，獲得離散化處理后的誤差模型方程；S3、基于矩陣行列式函數，利用位置和速度誤差向量序列構建與未知觀測噪聲協方差矩陣相關統計變量；S4、基于遞推估計求取位置和速度誤差的觀測噪聲協方差矩陣估計序列；S5、將位置和速度誤差觀測噪聲協方差矩陣估計序列作為觀測噪聲協方差矩陣代入標準卡爾曼濾波方法中，計算慣性導航系統的失準角實時的狀態估計以及狀態估計偏差的協方差矩陣。本發明方法形式簡單，有良好的實時性，利于慣性導航系統的工程實踐應用和實現。

技術領域

本發明涉及慣性導航技術領域，更具體地說，特別涉及一種晃動基座條件下陸用慣性導航系統的自適應初始對準方法。

背景技術

慣性導航系統是一種基于載體的初始姿態、速度和位置信息依據慣性器件的測量信息完成實時導航定位的一種航位推算自主導航系統。慣性導航系統作為一種定位定向設備廣泛地應用于現代先進的陸用車輛及其搭載的武器裝備中，它能夠自主精確地提供載體的姿態、速度和位置信息，引導載車行駛，為武器的發射提供基準。慣性導航系統的性能決定著載車的快速反應能力、目標捕獲能力、打擊精度以及協同作戰能力等，關系到作戰任務的成敗。

慣性導航系統的初始對準過程用于慣性導航系統初始姿態角或方向余弦矩陣的獲取，屬于慣性導航系統核心技術之一。慣性導航系統的初始自對準過程依據其對照的基本原理可以分為兩步：粗對準和精對準過程，其中粗對準是依據少量的慣性器件測量數據獲得初始姿態陣的粗略結果，可以提供精對準過程的初始方向余弦矩陣等信息；精對準過程是在粗對準過程的基礎上，依據慣性器件的測量信息通過精對準過程修正獲得初始姿態陣等誤差信息，獲得高精度的慣性導航系統的初始信息過程。精對準過程中基于慣性導航系統的誤差傳播方程，應用卡爾曼濾波算法在靜基座條件下，完成慣性導航系統初始自對準，由于其算法形式簡單，容易計算機實現等特點是一種廣泛應用的初始自對準技術。

在精對準過程中應用卡爾曼濾波算法技術時，需要首先在誤差傳播方程的基礎上確定系統過程噪聲和觀測噪聲的統計特性信息，然后才能應用濾波算法完成誤差信息的在線估計過程。

在慣性導航系統精對準系統動態模型中，系統的過程噪聲分量由慣性器件的隨機誤差決定，其噪聲統計特性可以由組成系統的慣性元器件的測量精度及其特性確定。慣性導航系統精對準系統動態模型中的觀測噪聲(一般為速度誤差噪聲)一般難以事先精確獲取，在工程應用中往往應用觀測噪聲協方差矩陣的上限替代觀測噪聲協方差矩陣的真實值。

雖然可以獲得誤差狀態的估計結果，但通過上限理論獲得并非誤差狀態的最優估計。此外，工作環境的變化也可能會導致陸用慣性導航系統的慣性器件誤差特征發生偏移，導致精對準過程中觀測噪聲的統計特征發生無法事先預知的大范圍不確定性變化。

基于慣性導航系統的誤差傳播機理，如何構建觀測噪聲協方差矩陣事先完全未知遞推估計算法替代標準卡爾曼濾波算法來解決自適應的初始精對準，并提高初始方向余弦陣的估計精度是當前迫切需要解決的陸用慣性導航技術難題之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種晃動基座條件下陸用慣性導航系統的自適應初始對準方法及系統，以解決精對準過程中由于復雜工作環境導致的觀測噪聲協方差矩陣完全未知時的初始姿態誤差角或方向余弦矩陣的高精度估計的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種晃動基座條件下陸用慣性導航系統的自適應初始對準方法，該方法針對的線性時不變系統模型為：