[發明專利]一種基于羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型統一式

在審

• 申請號: 202211080154.7
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115371706A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 李開龍;朱天高;常路賓;覃方君;李文魁;錢鐳源;黃春福;車浩
• 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: 北京欣鼎專利代理事務所(普通合伙) 11834
• 代理人: 王陽虹

本發明涉及一種基于羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型統一式，包括：首先推導基于羅德里格斯參數和修正羅德里格斯參數的姿態更新方程，結合李群慣導誤差模型，提出了基于羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型統一式。該模型可將基于歐拉角、四元數、羅德里格斯參數和修正羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型表達成統一形式。基于羅德里格斯參數、修正羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型和基于歐拉角、四元數的李群捷聯慣導誤差模型進行對比，通過實驗比較四種模型的優劣，本發明改進現有文獻對大失準條件下的組合導航模型研究的不足，該模型可在大失準條件下，通過較短時間內完成高精度的非線性組合導航，滿足高精度的組合導航的要求。

技術領域

本發明涉及導航技術領域，具體涉及一種基于羅德里格斯參數的李群捷聯慣導誤差模型的統一式。

背景技術

捷聯慣導系統主要由陀螺儀跟加速度計兩類傳感器組成，以牛頓運動定律為基礎通過航位推算實現高精度的導航定位。捷聯慣導系統的陀螺儀跟加速度均固連于運動載體上，敏感載體線速度和角速度信息。在給定初始導航信息條件下，利用陀螺儀和加速度計輸出的線加速度跟角加速度，能夠實現姿態、速度和位置等導航參數的自主封閉式解算。相比于其他導航方式，捷聯慣導系統具有自主性強、可靠性高、隱蔽性好、輸出導航信息全面以及全天候工作等優勢，正被廣泛應用于航空、航天、航海等領域。

捷聯慣導的工作原理是積分推算，受安裝誤差、器件誤差、初始誤差等諸多誤差源的影響，其定位誤差會隨著時間而不斷累積，降低導航參數的推算精度。這種過程是相對緩慢的，但卻長航時的導航精度會變差，無法獨立完成長航時的任務。因此，為了克服捷聯慣導這一缺點，往往利用信息融合與現代濾波技術，將兩種或多種導航系統的數據融合起來，充分利用多傳感器的優勢，實現長時間高精度的導航定位，這便是組合導航。在眾多組合導航系統中，以捷聯慣導為核心，衛星導航、多普勒計程儀導航等其他導航方式作為輔助導航系統的組合導航是最普遍也是效果最好的，這種組合導航已經成為航空航天、航海及陸用領域中應用最為廣泛的主導組合方式。

作為一種航位推算系統，捷聯慣導系統在進入慣導解算與組合導航之前需初始姿態、速度和位置等信息，否則會很大程度影響后續性能，而這些初始信息的獲得正是由初始對準所完成的。初始速度和位置等信息獲取較為容易，可利用全球衛星導航系統、多普勒計程儀、里程計等外界輔助設備裝訂，因此在初始對準階段如何獲取精確的初始姿態是對準技術研究的重難點。

傳統的初始對準過程一般是先進行粗對準，然后進行精對準。在粗對準的過程中，一般將載體姿態視為一常值，并直接利用陀螺儀跟加速度計輸出與地球自轉角速度和重力信息之間的姿態關系通過解析的方法獲得。粗對準的目的是對慣導系統的姿態進行初始化，并使姿態誤差達到小角度誤差狀態，從而保證經典的慣導線性誤差方程成立。精對準則是在外部觀測量的輔助下以慣導誤差方程為狀態模型采用狀態估計的方法進行。然而，由于捷聯慣導系統是固連在運動載體上的，其輸出必然耦合載體自身的角運動和線運動信息以及相關的干擾信息，從而導致傳統粗對準方法無法有效獲得載體粗略姿態，以粗對準作為必要條件的精對準相應的也無法正常完成。此外，對于艦船而言，在某些應急場景以及復雜海況條件下，捷聯慣導不具備靜態對準的客觀條件，粗對準達不到精對準所需的小失準角要求，無法正常進行精對準。因此，研究大失準角條件下的動基座非線性初始對準將十分有必要，將有助于提升艦船的緊急啟動能力、制導武器的應急處置以及生存打擊能力，具有重要的理論研究與應用價值。