一种里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法技术方案

本发明专利技术公开一种里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法，包括粗对准和精对准两部分。本发明专利技术可以有效地解决车辆行进间初始对准问题，既不需要车辆作特殊机动或停车，也不需要借助路标点等外界辅助信息，仅靠里程计就能辅助捷联惯导系统实现快速高精度对准。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，包括粗对准和精对准两部分。本专利技术可以有效地解决车辆行进间初始对准问题，既不需要车辆作特殊机动或停车，也不需要借助路标点等外界辅助信息，仅靠里程计就能辅助捷联惯导系统实现快速高精度对准。【专利说明】
本专利技术属于惯性导航初始对准
，具体涉及。
技术介绍
车载捷联惯导系统进入导航工作之前需要进行初始对准，精确性和快速性是初始对准的两个重要性能指标。现代战争中为了增强战车的生存能力，要求车载捷联惯导系统能够在运动状态下完成初始对准，这对于提高车辆快速机动能力具有重要意义。车辆运动时受运动加速度干扰影响，在短时间内完成初始对准一直是初始对准领域研究的热点之一。车辆行进间对准通常需要利用外部设备(在陆用导航领域，通常使用GPS或里程计)提供载体运动信息实现对惯性导航系统的补偿与修正。GPS信号容易受遮挡且战时不可利用，里程计能够测量车辆在地面行驶速度和距离，具有完全自主和信号不易受干扰的特点，因而被广泛采用。车载捷联惯导系统中，为了提高车辆快速机动能力，发动机开启后惯导系统要能够迅速进入导航工作状态。当车辆受到晃动干扰(如人员走动、货物卸载等会造成车体发生较为明显的晃动)，参考矢量(特别是地球自转角速度)的测量精度会明显下降。传统解析式初始对准算法在这种条件下对准精度会受到影响，甚至无法完成粗对准。
技术实现思路
专利技术目的:为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了。技术方案:本专利技术的，依次包括粗对准模块和精对准模块两部分，所述的粗对准模块包括以下步骤:(11)车辆发动机开启、人员上下车辆做准备工作，惯性测量单元实时地同步采集车辆角速率和比力信息；( 12)运行系统程序，开始进行快速粗对准；( 13)粗对准结束后，得到捷联惯导系统初始姿态矩阵，车辆开始启动，里程计实时采集车辆运动信息；所述的精对准模块包括以下步骤:(21)捷联惯导系统利用粗对准得到的姿态矩阵进行速度、位置以及姿态导航解算，同时里程计根据捷联惯导系统提供的初始车辆姿态矩阵进行航位推算，计算得到较为准确的速度、姿态信息；(22)将里程计航位推算得到的速度、姿态信息作为量测基准，与捷联惯导解算得到的速度、姿态相减作差，以所得差值作为卡尔曼滤波的量测值，列写卡尔曼滤波的状态方程和量测方程；(23)将状态方程和量测方程离散化，根据给定状态初值以及估计误差初值利用导航计算机递推得到任意时刻的状态估计值，反馈修正捷联惯导系统，完成初始对准。进一步的，所述粗对准模块应用惯性凝固假设，将比力信息投影到载体惯性坐标系中，得到重力加速度相对惯性空间随地球旋转而引起的方向变化信息，对其积分可以克服车辆发动机振动以及人员上下车等引起的随机干扰影响，求解得到粗略姿态矩阵C:。进一步的，所述精对准模块应用卡尔曼滤波估计系统误差，里程计与捷联惯导系统中的陀螺仪进行航位推算，将航位推算得到的车辆速度和姿态信息作为卡尔曼滤波量测基准，与捷联惯导解算得到的速度、姿态相减，误差值作为卡尔曼滤波器输入，估计得到系统误差后反馈修正捷联惯导系统，求解得到精确姿态矩阵Cnh。进一步的，所述步骤(22)中的卡尔曼滤波的状态方程为:X{t) = F{t)X{t) + W(t)其中，t为时间变量，F(t)是系统状态转移矩阵，ff(t)是系统过程噪声序列，状态向量取为x = OV φ sf Vf Sptd φ? (51 了，状态向量中对应的变量分别为捷联惯导位置误差向量S P、速度误差向量δ Vn、数学平台误差向量Φ、陀螺仪常值漂移向量<、加速度计常值偏置向量▽〗，里程计航位推算位置误差向量S Pd、航位推算数学平台误差向量(^和里程计刻度系数误差Sk11;【权利要求】1.，其特征在于依次包括粗对准模块和精对准模块两部分， 所述的粗对准模块包括以下步骤: (11)车辆发动机开启，人员上下车辆做准备工作，惯性测量单元实时地同步采集车辆角速率和比力信息； (12)运行系统程序，开始进行快速粗对准； (13)粗对准结束后，得到捷联惯导系统初始姿态矩阵，车辆开始启动，里程计实时采集车辆运动信息； 所述的精对准模块包括以下步骤: (21)捷联惯导系统利用粗对准得到的姿态矩阵进行速度、位置以及姿态导航解算，同时里程计根据捷联惯导系统提供的初始车辆姿态矩阵进行航位推算，计算得到准确的速度、姿态信息； (22)将里程计航位推算得到的速度、姿态信息作为量测基准，与捷联惯导系统解算得到的速度、姿态相减作差，以所得差值作为卡尔曼滤波的量测值，列写卡尔曼滤波的状态方程和量测方程； (23)将状态方程和量测方程离散化，根据给定状态初值以及估计误差初值利用导航计算机递推得到任意时刻的状态估计值，反馈修正捷联惯导系统，完成初始对准。2.根据权利要求1所述的里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法，其特征在于:所述粗对准模块应用惯性凝固假设，将比力信息投影到载体惯性坐标系中，得到重力加速度相对惯性空间随地球旋转而引起的方向变化信息，对其积分可以克服车辆发动机振动以及人员上下车等引起的随机干扰影响，求解得到粗略姿态矩阵C3.根据权利要求1所述的里程计辅助车载捷联惯导系统行进始对准方法，其特征在于:所述精对准模块应用卡尔曼滤波估计系统误差，里程计与捷联惯导系统中的陀螺仪进行航位推算，将航位推算得到的车辆速度和姿态信息作为卡尔曼滤波量测基准，与捷联惯导系统解算得到的速度、姿态相减，误差值作为卡尔曼滤波器输入，估计得到系统误差后反馈修正捷联惯导系统，求解得到精确姿态矩阵。4.根据权利要求1所述的里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法，其特征在于:所述步骤(22)中的卡尔曼滤波的状态方程为: 5.根据权利要求1所述的里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法，其特征在于:所述步骤(22)中的卡尔曼滤波的量测方程的计算过程如下: 利用航位推算获得的车辆速度、姿态辅助捷联惯导系统完成精对准，将捷联惯导输出的速度、姿态与航位推算获得的对应信息相减作为辅助对准的量测信息，即: 【文档编号】G01C25/00GK103743414SQ201410001825【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日 【专利技术者】程向红, 胡杰 申请人:东南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种里程计辅助车载捷联惯导系统行进间初始对准方法，其特征在于依次包括粗对准模块和精对准模块两部分，所述的粗对准模块包括以下步骤：（11）车辆发动机开启，人员上下车辆做准备工作，惯性测量单元实时地同步采集车辆角速率和比力信息；（12）运行系统程序，开始进行快速粗对准；（13）粗对准结束后，得到捷联惯导系统初始姿态矩阵，车辆开始启动，里程计实时采集车辆运动信息；所述的精对准模块包括以下步骤：（21）捷联惯导系统利用粗对准得到的姿态矩阵进行速度、位置以及姿态导航解算，同时里程计根据捷联惯导系统提供的初始车辆姿态矩阵进行航位推算，计算得到准确的速度、姿态信息；（22）将里程计航位推算得到的速度、姿态信息作为量测基准，与捷联惯导系统解算得到的速度、姿态相减作差，以所得差值作为卡尔曼滤波的量测值，列写卡尔曼滤波的状态方程和量测方程；（23）将状态方程和量测方程离散化，根据给定状态初值以及估计误差初值利用导航计算机递推得到任意时刻的状态估计值，反馈修正捷联惯导系统，完成初始对准。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程向红，胡杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：