The invention relates to the field of initial alignment of strapdown inertial navigation system, in particular to a fast initial alignment method based on the principle of forward and backward tracing of shaking base. Firstly, real-time data of sensors are acquired, rough alignment based on vector observation and intermediate variables are stored, and initial alignment based on initial navigation system is constructed by using stored intermediate variables. The initial attitude feedback of initial alignment estimation of forward and forward backtracking is obtained, and the precise alignment is completed by estimating the current attitude angle. The method adopts a rough alignment method based on vector observer and saves the effective data in the alignment process. The system error model based on the initial navigation system is used to realize the forward and forward initial alignment process, which reduces the initial alignment time and achieves the purpose of rapid alignment.
【技术实现步骤摘要】
一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法
本专利技术涉捷联惯性导航系统初始对准领域，具体为一种晃动基座正向-正向回溯原理的快速初始对准方法。
技术介绍
捷联惯性导航系统初始对准技术是系统正常导航定位的关键技术之一，采用陀螺仪和加速度计进行晃动基座上初始对准具有测姿精度高、可靠性好、自主性强等优点。当前，初始对准可以分为粗对准和精对准两个过程，其中粗对准主要实现粗略的姿态估计；精对准则是在粗对准的基础上进行姿态精估计。众多学者都对捷联惯导系统初始对准技术进行了深入的研究，但是研究均有将粗对准和精对准分别研究的缺点，精对准过程没有充分利用粗对准过程的有效信息，导致对准时间较长，进而延长了捷联惯导准备时间，不利于系统应用。为克服传统方法对准时间较长的问题，采用一种基于回溯原理的快速初始对准方法。通过在粗对准过程中进行数据保存，并利用保存的数据进行精对准，从而实现了快速对准的目的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种晃动基座正向-正向回溯原理的快速初始对准方法，提出了一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其采用基于矢量观测器的粗对准方法，并保存对准过程中的有效...
【技术保护点】
1.一种晃动基座正向‑正向回溯初始对准方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取传感器实时数据，所述传感器实时数据包括陀螺仪数据及加速度计数据；步骤2：进行基于矢量观测的粗对准并存储中间变量，定义解算所需的参考坐标系如下：b—载体坐标系，表示捷联惯性导航系统三轴正交坐标系，其x轴、y轴和z轴分别指向载体的右‑前‑上；n—导航坐标系，表示载体所在位置的地理坐标系，其三轴分别指向当地东向、北向和天向；e—地球坐标系，表示原点在地心，x轴为地心指向本初子午线与赤道交点，z轴为地心指向北极点，y轴与x轴和z轴构成右手坐标系；i—惯性坐标系，表示惯性空间非旋转坐标系；b0—初始...
【技术特征摘要】
1.一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取传感器实时数据，所述传感器实时数据包括陀螺仪数据及加速度计数据；步骤2：进行基于矢量观测的粗对准并存储中间变量，定义解算所需的参考坐标系如下：b—载体坐标系，表示捷联惯性导航系统三轴正交坐标系，其x轴、y轴和z轴分别指向载体的右-前-上；n—导航坐标系，表示载体所在位置的地理坐标系，其三轴分别指向当地东向、北向和天向；e—地球坐标系，表示原点在地心，x轴为地心指向本初子午线与赤道交点，z轴为地心指向北极点，y轴与x轴和z轴构成右手坐标系；i—惯性坐标系，表示惯性空间非旋转坐标系；b0—初始载体坐标系，表示惯导系统开机运行时刻的载体坐标系，并在整个对准过程中相对于惯性空间保持静止；n0—初始导航坐标系，表示惯导系统开机运行时刻的导航坐标系，并在整个对准过程中相对于惯性空间保持静止；e0—初始地球坐标系，表示惯导系统开机运行时刻的地球坐标系，并在整个对准过程中相对于惯性空间保持静止；利用比力方程，可以得到晃动基座上矢量观测器构造方程，采用构造的矢量观测器，建立K矩阵，通过提取K矩阵最小特征值对应的特征矢量可以计算方向余弦，从而实现粗对准；步骤3：利用存储的中间变量，构建基于初始导航系的正向-正向回溯初始对准；(1)将步骤1中的陀螺仪数据导入姿态误差方程中进行更新计算姿态误差；(2)将步骤1中的加速度计数据导入速度误差方程中进行更新计算速度误差，(3)通过上述的速度误差方程和姿态误差方程可得系统模型，对建立的系统模型离散化；(4)利用离散化之后的系统模型得到Kalman滤波状态方程，更新计算Kalman滤波状态估计变量；步骤4：将正向-正向回溯初始对准估计的初始姿态反馈，通过估计当前姿态角完成精对准；步骤5：正向-正向回溯过程次数为M，若k＝M，则输出估计的姿态结果，完成初始对准过程，若k＜M，表示回溯过程未完成，则重复上述步骤三至步骤五，直至初始对准过程结束。2.根据权利要求1所述的一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其特征在于，步骤二中的晃动基座上矢量观测器构造方程：式中：表示量测比力在初始载体系上的映射；gn0表示当地重力矢量在初始导航系上的映射；表示待求的姿态方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系变化的方向余弦矩阵；表示加速度计量测常值漂移误差；表示加速度计量测随机游走误差；εb表示陀螺仪量测常值漂移误差；t表示对准时间；[·×]表示矢量转换成斜对称矩阵；表示加速度计量测。3.根据权利要求1所述的一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其特征在于，步骤二中的K矩阵如下：式中：K表示构造矩阵；表示量测比力在初始载体系上的映射；gn0表示当地重力矢量在初始导航系上的映射；T表示矩阵转置运算；和[gn0⊙]分别表示为：式中：表示量测比力在初始载体系上的映射；gn0表示当地重力矢量在初始导航系上的映射；T表示矩阵转置运算；[·×]表示矢量转换成斜对称矩阵。4.根据权利要求2所述的一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其特征在于，步骤二中，存储中间变量为：量测比力在初始载体系上的映射载体系相对于初始载体系变化的方向余弦矩阵5.根据权利要求1所述的一种晃动基座正向-正向回溯初始对准方法，其特征在于，步骤三中的姿态误差方程由粗对准可知：式中，表示粗对准结束时刻方向余弦矩阵；表示初始时刻方向余弦矩阵，表示载体系相对于初始载体系变化的方向余弦矩阵；表示导航系与初始导航系之间的方向余弦矩阵；由方向余弦误差方程可知：式中，表示初始时刻方向余弦矩阵；表示初始时刻方向余弦矩阵真值；表示初始姿态误差在初始导航系上的映射；I3表示3维单位矩阵；[·×]表示矢量转换成斜对称矩阵；表示载体系相对于初始载体系变化的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系变化的...
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