The invention discloses a ship's large azimuth misalignment transfer alignment method based on volumetric Calman filtering. First, the output of the sub inertial navigation accelerometer is converted to the navigation coordinate system, and the Butterworth digital low pass filter is used to filter it. Secondly, the inertial navigation system of the main and sub inertial navigation systems is calculated respectively. The speed, attitude and angular velocity information of the main inertial navigation system is transmitted to the navigation computer of the subinertial navigation system, and the main and sub inertial navigation systems are used. The velocity error, the attitude error and the angular velocity error between the systems are measured, and then the state equation and the measurement equation are established by using the matching mode of velocity plus the angular velocity of attitude and angular velocity. Finally, the volume Calman filter is used to calculate the volume Calman filter by using the established state equation and the measurement square process. The installation error angle between the ins and the INS is estimated and the transfer alignment is completed. The invention solves the problem of fast and high-precision alignment of ships in the condition of large azimuth misalignment angle and large arm error.
【技术实现步骤摘要】
一种基于容积卡尔曼滤波的舰船大方位失准角传递对准方法
本专利技术涉及捷联惯导
,特别是涉及一种基于容积卡尔曼滤波的舰船大方位失准角传递对准方法。
技术介绍
惯性导航系统是一种基于惯性原理的自主式导航系统。捷联惯导系统将陀螺和加速度计直接固连在运载体上来测量运载体的角运动和线运动信息,经过积分运算推算出运载体相对于地球的速度、位置以及姿态和航向信息。初始对准是捷联惯导系统的一项关键技术,对准的精度直接影响到导航系统的精度,而完成对准的时间则直接影响到系统的快速反应能力。传递对准是利用主惯导的输出信息来对准子惯导的一种初始对准方式,对准速度快,且对载体的机动不加限制。由于舰船在海上航行会受到海浪影响,尤其是海况不佳的情况下,基于大方位失准角的非线性模型更能准确地描述真实的系统。对于大型舰船而言,舰船上的主惯导往往安装在其摇摆中心,而舰载设备上的子惯导的安装位置与主惯导有很长一段距离,当载体存在角运动时,主、子惯导加速度计会敏感到不同的加速度,从而导致主、子惯导之间存在杆臂速度差,这就是传递对准中的杆臂效应现象。杆臂效应会严重影响传递对准的精度和收敛速度,必须进行补偿。高伟等人在《传递对准中杆臂效应的误差分析与补偿》(发表于期刊《仪器仪表学报》,2013年,第34卷,03期)一文中,针对大方位失准角条件下的非线性系统提出了一种直接计算的补偿方法,方位失准角可在120s内收敛至0.381°。黄湘远等人在《基于简化CKF/降维CKF混合滤波的非线性对准技术研究》(发表于期刊《弹箭与制导学报》,2015年,第35卷,01期)一文中,提出了基于简化CKF/降维CK ...
【技术保护点】
一种基于容积卡尔曼滤波的舰船大方位失准角传递对准方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:完成子惯导系统的启动、预热准备;步骤二:将子惯导加速度计的比力输出转换到导航坐标系,利用巴特沃斯数字低通滤波器对其进行滤波处理,以达到消除杆臂效应误差影响的目的;步骤三:主、子惯导系统分别进行惯导解算,主惯导的速度、姿态和角速度信息传输到子惯导的导航计算机;步骤四:在舰船存在大方位失准角的情况下,采用速度加姿态加角速度的匹配方式,认为主、子惯导载体坐标系不同而导航坐标系相同,选取主、子惯导系统之间的速度误差、姿态误差和角速度误差作为观测量,建立系统的状态方程和量测方程;步骤五:利用所建立的状态方程和量测方程,进行容积卡尔曼滤波解算,估计子惯导系统与主惯导系统间的安装误差角,完成传递对准。
【技术特征摘要】
1.一种基于容积卡尔曼滤波的舰船大方位失准角传递对准方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:完成子惯导系统的启动、预热准备;步骤二:将子惯导加速度计的比力输出转换到导航坐标系,利用巴特沃斯数字低通滤波器对其进行滤波处理,以达到消除杆臂效应误差影响的目的;步骤三:主、子惯导系统分别进行惯导解算,主惯导的速度、姿态和角速度信息传输到子惯导的导航计算机;步骤四:在舰船存在大方位失准角的情况下,采用速度加姿态加角速度的匹配方式,认为主、子惯导载体坐标系不同而导航坐标系相同,选取主、子惯导系统之间的速度误差、姿态误差和角速度误差作为观测量,建立系统的状态方程和量测方程;步骤五:利用所建立的状态方程和量测方程,进行容积卡尔曼滤波解算,估计子惯导系统与主惯导系统间的安装误差角,完成传递对准。2.根据权利要求1所述的一种基于容积卡尔曼滤波的舰船大方位失准角传递对准方法,其特征在于,子惯导系统的振荡是以舒拉周期和地球自转周期为主的振荡,处在低频区,其频谱分布在f=2×10-4Hz以下。根据杆臂效应加速度的频谱,可确定巴特沃斯低通滤波器的技术要求:通带截止频率fp=0.01Hz,通带波纹αp=2dB,阻带截止频率fs=0.15Hz,阻带衰减αs=40dB。首先通过下式确定滤波器的阶数N。式中,代入可得N=1.80,取N=2。3dB截止频率为:由巴特沃斯归一化低通滤波器参数表可得二阶低通滤波器的归一化原型系统函数:将Ga(p)去归一化,得到模拟低通滤波器的系统函数:采...
【专利技术属性】
技术研发人员:高伟,王凯,张亚,王岩岩,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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