專利名稱：一種船用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)二次快速對準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對準方法，特別是涉及一種利用速度加失準角誤差匹配的兩時間段的二次快速對準方法。
背景技術(shù)：
初始對準是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航工作的前提，初始對準誤差是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要的誤差源之一，其對系統(tǒng)誤差的影響不僅表現(xiàn)在姿態(tài)上，而且表現(xiàn)在速度和位置信息的獲取上，對準精度直接影響著導(dǎo)航精度。因此，在導(dǎo)航前得到精確的初始姿態(tài)尤為重要。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航是現(xiàn)在導(dǎo)航技術(shù)中較熱門的技術(shù)，受到了越來越多的導(dǎo)航界人士的青睞，而且通過捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(SINS)與其他導(dǎo)航系統(tǒng)的組合，可以提高導(dǎo)航系統(tǒng)初始對準的精度，常用的組合有SINS/多普勒計程儀(DVL)，SINS/全球定位系統(tǒng)(GPS)，SINS/天文導(dǎo)航(CNS)等。針對船用光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，以速度為外觀測量的初始對準多采用SINS/DVL的組合方式。實際中廣泛應(yīng)用以卡爾曼濾波為代表的最優(yōu)控制方法進行動基座對準，它不但可以克服經(jīng)典控制理論中船體加速度對對準性能的不利影響，適用于多種運動情況下的初始對準，還可以在估計船體姿態(tài)信息的同時估計慣性器件的誤差，實現(xiàn)初始對準過程中的測漂，從而實現(xiàn)對準精度的提高。例如哈爾濱工程大學(xué)周廣濤的專利“基于濾波的光線陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)兩位置初始對準方法”(申請公布號CN101246022)。該發(fā)明公開了一種基于濾波的光線陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)兩位置初始對準方法，通過載體從第一位置繞方位軸旋轉(zhuǎn)到第二位置，在兩個位置進行濾波估計，利用估計值對陀螺的逐次啟動誤差進行修正，估計出平臺失準角，該發(fā)明能克服地理系等效陀螺漂移對方位失準角估算精度的影響，但是需要載體能夠繞方位軸旋轉(zhuǎn)，而且在兩個位置上靜止不動。再例如北京航空航天大學(xué)崔培玲的專利“一種基于MRUPF的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)大方位失準角初始對準方法”(申請公布號CN101975585A)。該發(fā)明公開了一種基于MRUPF的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)大方位失準角初始對準方法，建立大方位失準角條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)靜基座初始對準的狀態(tài)空間模型，利用UPF濾波算法進行初始對準的狀態(tài)估計，通過多分辨方法減少UPF濾波的粒子數(shù)目，降低了計算量，在保證初始對準精度的同時提高了大方位失準角下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準的實時性。但是該方法只適用于靜基座初始對準，而且忽略了采用濾波估計存在殘余失準角的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在保證對準精度和快速性的要求下，實現(xiàn)對水平加速度計零偏的準確估計的船用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)二次快速對準方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，主要包括如下步驟:步驟1:啟動捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使其進行充分預(yù)熱，連續(xù)采集光纖陀螺儀和石英撓性加速度計輸出數(shù)據(jù)；步驟2:對采集到的光纖陀螺儀和石英撓性加速度計的數(shù)據(jù)進行處理，采用慣性系對準方法完成捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的粗對準；步驟3:粗對準完畢后進入第一次精對準階段，繼續(xù)采集光纖陀螺儀和石英撓性加速度計輸出數(shù)據(jù)，進行導(dǎo)航解算獲得船體速度、姿態(tài)、位置等信息，通過多普勒計程儀測得船體的速度，并把該速度作為船體的真實速度；步驟4:建立船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程，以多普勒測量速度與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算速度之差作為觀測量，采用卡爾曼濾波對失準角進行估計；步驟5:利用第一次精對準估計所得失準角對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)進行補償，并作為第二次精對準的參考姿態(tài)，將殘余失準角擴充為新的狀態(tài)變量，采用速度加失準角誤差匹配方法，進一步完成水平和方位對準；步驟6:利用第二次精對準獲得失準角估計值，完成精確初始對準，同時獲得水平加速度計零偏估計值。所述的將殘余失準角擴充為新的狀態(tài)變量的方法如下:將殘余失準角ξ作為狀態(tài)變量引入到狀態(tài)空間模型中，則系統(tǒng)的狀態(tài)變量擴充
為十三維
權(quán)利要求
1.一種船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)二次快速對準方法，其特征是: 步驟1:啟動捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使其進行充分預(yù)熱，連續(xù)采集光纖陀螺儀和石英撓性加速度計輸出數(shù)據(jù)； 步驟2:對采集到的光纖陀螺儀和石英撓性加速度計的數(shù)據(jù)進行處理，采用慣性系對準方法完成捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的粗對準； 步驟3:粗對準完畢后進入第一次精對準階段，繼續(xù)采集光纖陀螺儀和石英撓性加速度計輸出數(shù)據(jù)，進行導(dǎo)航解算獲得船體速度、姿態(tài)、位置等信息，通過多普勒計程儀測得船體的速度，并把該速度作為船體的真實速度； 步驟4:建立船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程，以多普勒測量速度與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算速度之差作為觀測量，采用卡爾曼濾波對失準角進行估計； 步驟5:利用第一次精對準估計所得失準角對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)進行補償，并作為第二次精對準的參考姿態(tài)，將殘余失準角擴充為新的狀態(tài)變量，采用速度加失準角誤差匹配方法，進一步完成水平和方位對準； 步驟6:利用第二次精對準獲得失準角估計值，完成精確初始對準，同時獲得水平加速度計零偏估計值。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)二次快速對準方法，其特征是:所述的將殘余失準角擴充為新的狀態(tài)變量的方法如下: 將殘余失準角I作為狀態(tài)變量引入到狀態(tài)空間模型中，則系統(tǒng)的狀態(tài)變量擴充為十三維枚氣4 4 C 4 4 Vx %· By結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程，此時的狀態(tài)空間模型如下:
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)二次快速對準方法。系統(tǒng)預(yù)熱后連續(xù)采集光纖陀螺儀和石英撓性加速度計輸出數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)進行處理完成捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對準。粗對準結(jié)束后進入第一次精對準，建立船用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程，利用速度誤差作為觀測量進行卡爾曼濾波獲得失準角估計值，并對船體姿態(tài)進行補償。在第一次精對準的基礎(chǔ)上，利用已補償?shù)淖藨B(tài)作為參考姿態(tài)，將殘余失準角擴充為新的狀態(tài)變量，采取速度加失準角誤差匹配方法，進一步完成水平和方位對準。采用本發(fā)明的方法可以在保證對準精度和快速性的要求下，實現(xiàn)對水平加速度計零偏的準確估計。
文檔編號G01C25/00GK103245357SQ20131011582
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者孫楓, 夏健鐘, 曹通, 奔粵陽, 高偉, 周廣濤, 徐博, 張永剛, 于強, 吳磊 申請人:哈爾濱工程大學(xué)