[發明專利]一種系泊狀態下艦船的快速初始對準方法和裝置

有效

• 申請號: 202110035848.8
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112857398B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李開龍;趙仁杰;常路賓;李文魁;覃方君;胡柏青;呂旭;田佳玉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 焦作加貝專利代理事務所(普通合伙) 41182
• 代理人: 馮新志

1.一種系泊狀態下艦船的快速初始對準方法，其特征在于，包括：

步驟1，獲取艦船上的傳感器的實時數據，所述實時數據包括：捷聯慣導系統SINS的陀螺儀測量值、加速度計測量值以及衛星導航接收機GNSS的速度阻尼信息和位置阻尼信息；

步驟2，建立初始對準參考坐標系，所述初始對準參考坐標系包括：地心慣性坐標系、地球坐標系、載體坐標系、導航坐標系、計算導航坐標系；

步驟3，基于所述初始對準參考坐標系，建立系泊狀態下的改進的非線性初始對準誤差模型，并對改進的所述非線性初始對準誤差模型進行離散化，形成非線性離散對準模型，以針對非線性誤差對準模型進行改進，將誤差統一定義在計算導航坐標系下；

步驟4，基于所述獲取艦船上的傳感器的實時數據，進行導航解算，生成所述艦船的姿態和速度；然后基于所述獲取艦船上的傳感器的實時數據，根據所述非線性離散對準模型，構建用于初始對準的四元數無味估計器估計模型；然后利用所述四元數無味估計器估計模型的狀態參數，對所述姿態和速度進行閉環反饋校正，將校正后的姿態四元數轉換成歐拉角實時輸出，直至對準過程結束；

所述系泊狀態下的改進的非線性初始對準誤差模型如下：

式中：表示狀態；f(·)表示非線性狀態函數；G表示噪聲驅動矩陣；w＝[w_g^T,w_a^T]^T表示陀螺儀和加速度計的測量白噪聲；y＝dv^n′＝v^n′表示速度誤差量測，H表示線性量測矩陣，v表示量測白噪聲；

表示n′系相對n系方向余弦矩陣對應的姿態誤差四元數微分；

表示由位置阻尼信息p_g獲得的表示由速度阻尼信息和位置阻尼信息p_g獲得的

n系—導航坐標系，選用載體所在位置的當地地理坐標系，其x軸、y軸和z軸分別指向當地東向、北向和天向；

n′系—計算導航坐標系，表示存在誤差的導航坐標系。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

i系—地心慣性坐標系，坐標系原點為地心，x軸指向赤道與黃道相交的春分點，z軸沿地球自轉軸指向北極點，y軸與x軸和z軸構成右手坐標系，坐標系相對慣性空間保持不變；

e系—地球坐標系，坐標系原點為地心，x軸指向格林威治子午線，z軸沿地球自轉軸指向北極點，y軸與x軸和z軸構成右手坐標系，坐標系跟隨地球自轉；

b系—載體坐標系，坐標系原點為載體重心，其x軸、y軸和z軸分別指向載體的右前上；

n系—導航坐標系，選用載體所在位置的當地地理坐標系，其x軸、y軸和z軸分別指向當地東向、北向和天向；

n′系—計算導航坐標系，表示存在誤差的導航坐標系。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括：

步驟31，基于所述初始對準參考坐標系，建立改進的SINS四元數姿態阻尼誤差微分方程；

步驟32，基于所述初始對準參考坐標系，建立改進的SINS速度阻尼誤差微分方程；

步驟33，基于所述改進的SINS四元數姿態阻尼誤差微分方程和所述改進的SINS速度阻尼誤差微分方程，以導航系解算速度和真實速度之間的誤差為量測量，建立系泊狀態下的改進的非線性初始對準誤差模型。