一种舰船捷联惯导系统极区动基座对准方法技术方案

本发明专利技术公开了一种舰船捷联惯导系统极区动基座对准方法。将SINS的精对准模型选在惯性系内，建立SINS极区动基座的失准角方程和速度误差方程；然后以误差量为状态量，速度为观测量建立惯性系下极区动基座对准的卡尔曼滤波的数学模型即状态方程和量测方程，对状态量进行估计，用估计出的失准角对捷联矩阵进行补偿，实现极区动基座对准。本发明专利技术的对准机理不同于传统的对准方法，消除了罗经效应产生的不利影响，可实现舰船捷联惯导系统极区动基座对准，对舰船实现极区导航具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。将SINS的精对准模型选在惯性系内，建立SINS极区动基座的失准角方程和速度误差方程；然后以误差量为状态量，速度为观测量建立惯性系下极区动基座对准的卡尔曼滤波的数学模型即状态方程和量测方程，对状态量进行估计，用估计出的失准角对捷联矩阵进行补偿，实现极区动基座对准。本专利技术的对准机理不同于传统的对准方法，消除了罗经效应产生的不利影响，可实现舰船捷联惯导系统极区动基座对准，对舰船实现极区导航具有重要意义。【专利说明】
本专利技术属于惯性导航领域,涉及的是一种捷联惯导系统(Strapdown InertialNavigation System, SINS)的动基座初始对准方法。具体地说是利用惯性系下的卡尔曼滤波对准实现舰船捷联惯导系统极区动基座对准。
技术介绍
捷联惯性导航系统(SINS)是一种完全自主式、全天候的导航系统，现已被广泛应用在舰船、飞机等军事领域。惯性导航的基本原理是根据测得的运载体加速度，经过积分运算求得速度与位置。进行积分运算首先要确定初始条件，这就需要对惯导系统进行初始对准。所谓初始对准就是在惯导系统尚未正式进入导航工作状态之前，建立导航状态所必需的初始条件，对于SINS来说，初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。很显然，初始对准的精度对系统以后的正常工作性能将产生直接的影响，是惯导系统的关键技术之一。对于舰船捷联惯导系统，目前常用的初始对准方法主要有罗经对准和地理坐标系下的卡尔曼滤波对准。但由于机理上的缺陷，这两种方法只适用于中低纬度地区，无法实现极区对准。首先，罗经对准的对准机理是罗经效应，但随纬度的升高罗经效应变弱，导致对准精度下降；并且由惯性器件误差至失准角的传函可知，随着纬度的升高北向加速度零偏和东向陀螺漂移对方位失准角的影响将增大，即纬度的升高会使系统对准时间增加，使东向陀螺漂移产生的方位失准角增大。其次，对于地理系下的卡尔曼滤波对准，由于罗经项的存在，不可观测量东向陀螺漂移引起的失准角的估计误差随纬度的升高而增大。并且以上这些不良因素的都可以归结为罗经效应产生的影响。随着各军事强国对极区的话语权越来越重视，对极区的油气、领土等资源的争夺日益激烈，我国舰船在极区的活动也越来越频繁。但是我国舰船要增加在极区的实质存在性就必须拥有独立自主的极区导航能力，作为其关键技术极区的初始对准自然就成为要研究的重点内容之一。因此，实现舰船捷联惯导系统的极区对准对具有重要的战略意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现舰船捷联惯导系统极区动基座初始对准的方案，即利用惯性系下的卡尔曼滤波对准来解决极区对准问题。本专利技术的目的是这样实现的:步骤1:根据SINS的基本原理建立惯性系下极区动基座对准的误差模型，模型包括失准角方程和速度误差方程；步骤2:利用以上步骤I得到的误差模型，以速度误差、失准角、陀螺常值漂移和加速度零偏为状态量，建立状态方程；以惯性系下SINS解算的速度和GPS测得的惯性系下的速度的差值作为量测量，建立量测方程。状态方程和量测方程构成极区动基座对准的卡尔曼滤波1吴型；步骤3:利用以上步骤2得到的卡尔曼滤波模型，根据卡尔曼滤波基本方程对状态量进行估计；步骤4:利用以上步骤3得到的失准角的精确估计值对?'进行修正，得到较精确的α;步骤5:利用以上步骤4得到的Cib,结合Cni求解捷联矩阵的初始值cnb，实现极区动基座对准。本专利技术的优点主要体现在:选用惯性系下的卡尔曼滤波对准作为极区动基座对准方案，可以避免由罗经效应引起的纬度升高对初始对准产生的不良影响，因为该对准方法是利用重力加速度与方位失准角的耦合φi Xgi来实现的，不存在罗经效应。再者，以惯性系作为SINS的解算参考基准并综合GPS辅助信息，可以有效的隔离载体角速度和线运动带来的干扰的影响，实现SINS动基座对准。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术惯性系下卡尔曼滤波对准的流程图。图2为本专利技术纬度为89°时横摇误差角的仿真曲线。图3为本专利技术纬度为89°时纵摇误差角的仿真曲线。图4为本专利技术纬度为89°时航向误差角的仿真曲线。【具体实施方式】以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。步骤1:根据SINS的基本原理建立惯性系下极区动基座对准的误差模型，模型包括失准角方程和速度误差方程(1)失准角方程这里的失准角#是指计算惯性系i'与理想惯性系i之间的误差角，误差角方程建立过程如下:a)计算惯性系i '、理想惯性系i与载体系b之间的转换矩阵Cl'、Ch的微分方程分别为:【权利要求】1.，其特征是，包括以下步骤: 步骤1:根据SINS的基本原理建立惯性系下极区动基座对准的误差模型，模型包括失准角方程和速度误差方程； 步骤2:利用步骤I得到的误差模型，以速度误差、失准角、陀螺常值漂移和加速度零偏为状态量，建立状态方程；以惯性系下SINS解算的速度和GPS测得的惯性系下的速度的差值作为量测量，建立量测方程；状态方程和量测方程构成极区动基座对准的卡尔曼滤波模型； 步骤3:利用步骤2得到的卡尔曼滤波模型，根据卡尔曼滤波基本方程对状态量进行估计； 步骤4:利用步骤3得到的失准角的精确估计值对Cf进行修正，得到较精确的 步骤5:利用步骤4得到的Q,结合c:求解捷联矩阵的初始值?，实现极区动基座对准。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I中速度误差方程的建立:以惯性系下SINS解算的速度和GPS测得的惯性系下的速度之差作为速度误差即SVi=Vi, -Vi,并忽略地球自转角速率误差δ ω、和重力加速度误差Sgi得如下速度误差方程 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中以速度误差、失准角为状态量，并将SINS的陀螺漂移和加速度零偏进行建模扩充为状态变量；把惯性系下SINS解算的速度和GPS测得的惯性系下的速度的差值作为观测量建立卡尔曼滤波的数学模型如下::(<x).fX O3x3 C；1 Fe； O3,3 oM §?￥vt； 【文档编号】G01C21/16GK103791918SQ201410046224【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2014年2月10日 【专利技术者】高伟, 叶攀, 奔粤阳, 许伟通, 韩子龙, 王刚, 杨祥龙, 赵立莎, 李敬春, 刘新源 申请人:哈尔滨工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种舰船捷联惯导系统极区动基座对准方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：根据SINS的基本原理建立惯性系下极区动基座对准的误差模型，模型包括失准角方程和速度误差方程；步骤2：利用步骤1得到的误差模型，以速度误差、失准角、陀螺常值漂移和加速度零偏为状态量，建立状态方程；以惯性系下SINS解算的速度和GPS测得的惯性系下的速度的差值作为量测量，建立量测方程；状态方程和量测方程构成极区动基座对准的卡尔曼滤波模型；步骤3：利用步骤2得到的卡尔曼滤波模型，根据卡尔曼滤波基本方程对状态量进行估计；步骤4：利用步骤3得到的失准角的精确估计值对进行修正，得到较精确的步骤5：利用步骤4得到的结合求解捷联矩阵的初始值实现极区动基座对准。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，叶攀，奔粤阳，许伟通，韩子龙，王刚，杨祥龙，赵立莎，李敬春，刘新源，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23