[發明專利]一種SINS/偏振光組合導航初始對準濾波方法

有效

• 申請號: 202110432326.1
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113137977B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 曹松銀;高紅蓮;張遠飛;尤杰
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發明公開了一種SINS/偏振光組合導航初始對準濾波方法，包括，建立捷聯慣性導航非線性狀態方程，作為SINS/偏振光組合導航狀態方程；以導航系的水平速度誤差為觀測量，建立基于偏振信息的非線性觀測方程；將偏振量測信息增廣至SINS的觀測方程中，得到SINS/偏振光組合導航系統非線性誤差狀態模型，并將其離散化形成非線性離散系統模型；根據所述非線性離散系統模型構建自適應平滑變結構濾波器，結合導航計算機采集、計算慣性器件和偏振光傳感器輸出信息以完成初始對準。本發明能夠提高導航系統整體性能及系統的魯棒性和對準精度。

技術領域

本發明涉及SINS偏振光組合導航、自適應平滑變結構濾波的技術領域，尤其涉及一種SINS/偏振光組合導航初始對準濾波方法。

背景技術

導航技術作為現代重要的科技發展之一，已經廣泛運用到航空航天、交通運輸、深海潛航等領域。捷聯慣性導航系統(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)作為典型的導航方式，因其系統框架結構簡單、不受外界干擾、可靠性高、導航參數全、輸出頻率高等優點，已經成為導航領域核心的技術。但是，捷聯慣導解算過程本質上是積分過程，導航誤差隨時間積累，較大的初始狀態誤差導致導航狀態計算精度降低。

傳統的捷聯慣導是采用地球重力矢量和地球自轉矢量來進行粗對準解算的，但是對于低成本的捷聯慣導而言，陀螺精度無法達到感知地球自轉的要求，導致天向失準角對準精度較差，對于存在的這一問題，本發明采用傳統捷聯慣導和偏振光導航相結合的方法，利用太陽矢量代替地球自轉角速度矢量來提高導航系統整體性能。

導航技術中常采用卡爾曼濾波(Kalman Filter，KF)這一經典的濾波方法，但是這一濾波方法是線性濾波，本文采用的偏振量測方程是非線性的，且在失準角較大的情況下，SINS系統誤差模型也是非線性的，故不適用。而常用的擴展卡爾曼濾波(Extended KalmanFilter，EKF)也因其線性化過程對于高階項的截斷產生截斷誤差，且其要求系統模型是已知的，因此，在導航系統由于外部環境干擾導致失準角較大且量測噪聲未知的情況下，本發明采用自適應與平滑變結構相結合的算法，來提高SINS/偏振光組合導航初始對準精度，提高系統魯棒性。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：針對SINS/偏振光組合導航系統在由于外部干擾導致方位失準角較大且量測噪聲方差未知的問題，提出基于自適應平滑變結構濾波來提高導航系統對準精度，增強系統對模型未知的魯棒性。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：包括，建立捷聯慣性導航非線性狀態方程，作為SINS/偏振光組合導航狀態方程；以導航系的水平速度誤差為觀測量，建立基于偏振信息的非線性觀測方程；將偏振量測信息增廣至SINS的觀測方程中，得到SINS/偏振光組合導航系統非線性誤差狀態模型，并將其離散化形成非線性離散系統模型；根據所述非線性離散系統模型構建自適應平滑變結構濾波器，結合導航計算機采集、計算慣性器件和偏振光傳感器輸出信息以完成初始對準。

作為本發明所述的SINS/偏振光組合導航初始對準濾波方法的一種優選方案，其中：所述慣性導航非線性狀態方程包括，

其中，