專利名稱：一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及艦載主/子慣導(dǎo)快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方法，特別適用于艦船系泊或勻速直航條件下，陀螺誤差的快速估計(jì)，為一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
艦載環(huán)境下，主慣導(dǎo)(艦載平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng))的精度一般高于子慣導(dǎo)(如艦載導(dǎo)彈用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng))的精度數(shù)個(gè)量級(jí)。子慣導(dǎo)利用主慣導(dǎo)的導(dǎo)航信息完成初始化、失準(zhǔn)角估計(jì)、器件誤差估計(jì)的過(guò)程稱為傳遞對(duì)準(zhǔn)。傳遞對(duì)準(zhǔn)作為慣性技術(shù)領(lǐng)域的一種通用的、共性的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)車、戰(zhàn)機(jī)、艦船、航天器等武器平臺(tái)上所搭載子慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)?；谖淦飨到y(tǒng)快速反應(yīng)的要求，傳遞對(duì)準(zhǔn)的快速性一直是初始對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)。1989年，Kain和Cloutier首次提出“速度+姿態(tài)”匹配方式，并配合以載機(jī)的搖翼動(dòng)作，即可在IOs內(nèi)達(dá)到Imrad的對(duì)準(zhǔn)精度。此外，Spalding、Shortelle和Graham等人也驗(yàn)證了上述方法的有效性。上述方法在強(qiáng)調(diào)了對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中失準(zhǔn)角估計(jì)快速性時(shí)，弱化或忽略了對(duì)器件誤差的估計(jì)。但是慣性器件存在以下問(wèn)題1)在長(zhǎng)時(shí)間存放后，會(huì)存在一定量級(jí)的漂移，器件精度越低，漂移越嚴(yán)重；2)存在逐次啟動(dòng)誤差，器件精度越低，誤差越大。對(duì)于中低精度的子慣導(dǎo)系統(tǒng)而言，在其初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，若不對(duì)器件誤差進(jìn)行估計(jì)，必將導(dǎo)致器件誤差在長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航解算過(guò)程中被積分放大，從而降 低系統(tǒng)導(dǎo)航精度。事實(shí)上，傳遞對(duì)準(zhǔn)Kalman濾波器中各狀態(tài)量的可觀測(cè)性依賴于信息匹配方式以及載體機(jī)動(dòng)方式。在搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用“速度+姿態(tài)”匹配方式，儀表誤差的估計(jì)需要數(shù)分鐘之久，在IOs內(nèi)無(wú)法估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是艦載環(huán)境下，現(xiàn)有傳遞對(duì)準(zhǔn)方法忽略了對(duì)慣性器件的誤差估計(jì)，降低了導(dǎo)航精度，并且現(xiàn)有技術(shù)對(duì)誤差的估計(jì)不夠快速，影響導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持下對(duì)陀螺常值誤差進(jìn)行快速估計(jì)，主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，子慣導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)航解算，子慣導(dǎo)利用主慣導(dǎo)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合，設(shè)h為陀螺常值誤差估計(jì)的起始時(shí)刻，亦為初始對(duì)準(zhǔn)的起始時(shí)刻，IcTt1為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航解算與信息融合以及姿態(tài)矩陣Cf 更新時(shí)間段，trt2為基于Ct1間存儲(chǔ)信息的循環(huán)導(dǎo)航解算與信息融合以及姿態(tài)矩陣C 更新時(shí)間段，上述各時(shí)間的確定如下Tl)針對(duì)具體子慣導(dǎo)系統(tǒng)，在主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)中，通過(guò)子慣導(dǎo)陀螺儀誤差收斂曲線確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的時(shí)間，再根據(jù)子慣導(dǎo)測(cè)量與導(dǎo)航解算更新周期At，確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的導(dǎo)航解算總更新次數(shù)，設(shè)定為k_ ;根據(jù)主慣導(dǎo)導(dǎo)航信息更新周期AT，確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的信息融合次數(shù)，AT即為信息融合周期；在確定的工作環(huán)境下，導(dǎo)航解算與信息融合兩者時(shí)序關(guān)系確定，導(dǎo)航解算次數(shù)確定后，信息融合次數(shù)即可確定;T2)根據(jù)子慣導(dǎo)儀表數(shù)據(jù)質(zhì)量，主慣導(dǎo)量測(cè)信息質(zhì)量，設(shè)定時(shí)刻&及時(shí)間段Ct1,并根據(jù)At計(jì)算得到該時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)航解算更新次數(shù)，設(shè)定為kSUffll ；T3)從整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的導(dǎo)航解算總更新次數(shù)k_中，扣除步驟T2)中IcTt1時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)航解算更新次數(shù)kSUffll，得到完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)還需要完成的導(dǎo)航解算更新次數(shù)，設(shè)定為kSUm2 ksum2=ksum-ksuml,從而得到I^t2時(shí)間段的循環(huán)導(dǎo)航解算循環(huán)次數(shù)，設(shè)定為m,m=ksum2/ksuml，在m不為整數(shù)時(shí)，將m值向上圓整，并根據(jù)圓整后的m值調(diào)整k_2 ;時(shí)刻t2由循環(huán)導(dǎo)航解算循環(huán)次數(shù)m和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的性能共同確定，在m確定時(shí)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)主頻越高，t2與h間差值越??；根據(jù)所述確定的時(shí)間，在傳遞對(duì)準(zhǔn)中完成子慣導(dǎo)陀螺誤差估計(jì)，包括如下步驟I)在t(l時(shí)刻，利用主慣導(dǎo)的位置、速度與姿態(tài)信息對(duì)子慣導(dǎo)的相應(yīng)導(dǎo)航信息進(jìn)行初始化，得到子慣導(dǎo)的位置、速度與姿態(tài)矩陣Cl (O，t為時(shí)間變量；瞬時(shí)凝固h時(shí)刻的載體坐標(biāo)系為Iv得到ChU = L I為(3X3)單位矩陣；2)在時(shí)間段、 ^內(nèi)，子慣導(dǎo)按周期At進(jìn)行慣性儀表數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、導(dǎo)航解算，并利用式(6)更新子慣導(dǎo)載體坐標(biāo)系b相對(duì)于1 系的姿態(tài)矩陣( )
權(quán)利要求
1.一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，其特征是在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持下對(duì)陀螺常值誤差進(jìn)行快速估計(jì)，主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，子慣導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)航解算，子慣導(dǎo)利用主慣導(dǎo)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合，設(shè)h為陀螺常值誤差估計(jì)的起始時(shí)刻，亦為初始對(duì)準(zhǔn)的起始時(shí)刻，Ct1為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航解算與信息融合以及姿態(tài)矩陣c 更新時(shí)間段，trt2為基于Ct1間存儲(chǔ)信息的循環(huán)導(dǎo)航解算與信息融合以及姿態(tài)矩陣亡更新時(shí)間段，上述各時(shí)間的確定如下 Tl)針對(duì)具體子慣導(dǎo)系統(tǒng)，在主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)中，通過(guò)子慣導(dǎo)陀螺儀誤差收斂曲線確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的時(shí)間，再根據(jù)子慣導(dǎo)測(cè)量與導(dǎo)航解算更新周期At，確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的導(dǎo)航解算總更新次數(shù)，設(shè)定為k_ ;根據(jù)主慣導(dǎo)導(dǎo)航信息更新周期ΛΤ，確定完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的信息融合次數(shù)，AT即為信息融合周期；在確定的工作環(huán)境下，導(dǎo)航解算與信息融合兩者時(shí)序關(guān)系確定，導(dǎo)航解算次數(shù)確定后，信息融合次數(shù)即可確定； T2)根據(jù)子慣導(dǎo)儀表數(shù)據(jù)質(zhì)量，主慣導(dǎo)量測(cè)信息質(zhì)量，設(shè)定時(shí)刻h及時(shí)間段IcTt1，并根據(jù)At計(jì)算得到該時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)航解算更新次數(shù)，設(shè)定為kSUffll ； T3)從整個(gè)對(duì)準(zhǔn)所需要的導(dǎo)航解算總更新次數(shù)k_中，扣除步驟T2)中IcTt1時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)航解算更新次數(shù)kSUffll，得到完成整個(gè)對(duì)準(zhǔn)還需要完成的導(dǎo)航解算更新次數(shù)，設(shè)定為k_2，ksum2=ksum-ksuml,從而得到I^t2時(shí)間段的循環(huán)導(dǎo)航解算循環(huán)次數(shù)，設(shè)定為m, m=ksum2/ksuml,在m不為整數(shù)時(shí)，將m值向上圓整，并根據(jù)圓整后的m值調(diào)整k_2;時(shí)刻t2由循環(huán)導(dǎo)航解算循環(huán)次數(shù)m和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的性能共同確定，在m確定時(shí)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)主頻越高，t2與h間差值越小; 根據(jù)所述確定的時(shí)間，在傳遞對(duì)準(zhǔn)中完成子慣導(dǎo)陀螺誤差估計(jì)，包括如下步驟 1)在h時(shí)刻，利用主慣導(dǎo)的位置、速度與姿態(tài)信息對(duì)子慣導(dǎo)的相應(yīng)導(dǎo)航信息進(jìn)行初始化，得到子慣導(dǎo)的位置、速度與姿態(tài)矩陣CT(O，t為時(shí)間變量；瞬時(shí)凝固h時(shí)刻的載體坐標(biāo)系為bQ，得到
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，其特征是所述實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)為多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks，完成以下四個(gè)任務(wù)，任務(wù)的調(diào)度由多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別自動(dòng)執(zhí)行，在子慣導(dǎo)中運(yùn)行以下四個(gè)任務(wù) 1)任務(wù)一子慣導(dǎo)儀表數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與導(dǎo)航解算與C 更新解算，優(yōu)先級(jí)別最高； 2)任務(wù)二子慣導(dǎo)儀表數(shù)據(jù)采集、C》更新解算，優(yōu)先級(jí)別第二 ； 3)任務(wù)三子慣導(dǎo)對(duì)主慣導(dǎo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與信息融合，優(yōu)先級(jí)別第三； 任務(wù)四子慣導(dǎo)基于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的循環(huán)導(dǎo)航解算與信息融合，優(yōu)先級(jí)別最低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，其特征是傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，子慣導(dǎo)的導(dǎo)航解算算法為
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，其特征是傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，主、子慣導(dǎo)信息融合為 采用Kalman濾波器作為信息融合濾波器，取子慣導(dǎo)東向/北向速度誤差、失準(zhǔn)角和陀螺誤差作為系統(tǒng)狀態(tài)向量，即Χ=[ δ Ve δνΝ ΦΕ ΦΝ Φυ ε χ ε y ε Jt 其中，δνΕ/δνΝ為東向/北向速度誤差；φΕ、φΝ、分別為縱搖、橫搖、航向失準(zhǔn)角；ε χ> ε y、ε ζ分別為三軸陀螺誤差； 取系統(tǒng)狀態(tài)方程， X(t) = A(t)X{t) + ll(i)(4) 式中，A(t)為狀態(tài)矩陣，ff(t)為系統(tǒng)噪聲，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量中速度、失準(zhǔn)角誤差方程，以及陀螺從載體坐標(biāo)系b向?qū)Ш阶鴺?biāo)系η的投影關(guān)系，狀態(tài)矩陣A(t)表示為
全文摘要
一種艦載主/子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的陀螺誤差快速估計(jì)方法，針對(duì)艦船主/子組合中的傳遞對(duì)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一種適用于系泊/勻速直航條件下的陀螺誤差快速估計(jì)方法，對(duì)子慣導(dǎo)陀螺常值誤差進(jìn)行快速估計(jì)，在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持下，子慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)導(dǎo)航解算與信息融合，充分利用計(jì)算機(jī)的高速性能，在傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，快速完成對(duì)陀螺常值誤差的估計(jì)。本發(fā)明不改變導(dǎo)航解算現(xiàn)有算法，不改變傳遞對(duì)準(zhǔn)信息融合算法中的濾波器結(jié)構(gòu)與信息匹配方式，充分利用現(xiàn)有導(dǎo)航計(jì)算機(jī)富余資源，加快傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中對(duì)陀螺誤差的估計(jì)速度。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103047999SQ20121055227
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者劉錫祥, 徐曉蘇, 張濤, 王立輝, 李瑤, 劉義亭 申請(qǐng)人:東南大學(xué)