【技术实现步骤摘要】
一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法
本专利技术涉及一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，可用于提高地球大气层内运载体(车辆、舰船和飞行器)的动基座初始对准精度，缩短初始对准时间。涉及一种航空、航天、航海、地面交通以及深海潜航等领域的初始对准方法。
技术介绍
在进入导航状态前，导航系统需要进行初始对准，通过初始对准得知初始导航参数，包括姿态和速度。在动基座条件下，载体在运动过程中存在晃动、振动等多种形式的干扰。这些干扰因素会降低导航系统初始对准精度，延长对准时间。因此，动基座初始对准方法一直是组合导航
的难点和热点问题。目前，动基座初始对准方法主要包括两大类：一类是基于主/子惯性导航系统系统的传递对准方法；另一类是惯性导航系统系统与卫星、磁罗盘、星敏感器等导航设备进行组合初始对准方法。传递对准方法中，由于导弹载体存在结构挠性变形、主惯性导航系统与子惯性导航系统之间存在数据传输延迟等因素影响，初始对准精度及时间往往不能得到保证。而惯性导航系统系统与卫星、磁罗盘和星敏感器等导航设备进行组合初始对准方法，同样...
【技术保护点】
1.一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择失准角、速度误差、位置误差、陀螺仪零偏、加速度计零偏以及磁航向角误差作为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统的状态变量，并建立初始对准的状态方程；(2)根据偏振传感器输出的偏振方位角与INS输出的方位角匹配融合建立偏振量测方程，得到基于偏振方位角的量测方程；(3)根据磁强计输出的航向角与INS输出的航向角建立地磁量测方程，得到基于磁强计航向角误差的量测方程；(4)根据GNSS输出的速度、位置信息与INS输出的速度、位置信息匹配融合建立速度误差与位置误差量测方程，得到...
【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择失准角、速度误差、位置误差、陀螺仪零偏、加速度计零偏以及磁航向角误差作为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统的状态变量，并建立初始对准的状态方程；(2)根据偏振传感器输出的偏振方位角与INS输出的方位角匹配融合建立偏振量测方程，得到基于偏振方位角的量测方程；(3)根据磁强计输出的航向角与INS输出的航向角建立地磁量测方程，得到基于磁强计航向角误差的量测方程；(4)根据GNSS输出的速度、位置信息与INS输出的速度、位置信息匹配融合建立速度误差与位置误差量测方程，得到基于速度误差与位置误差的量测方程；(5)在步骤(2)、(3)和(4)建立的量测方程基础上，利用增广技术将上述3个步骤中的量测方程进行向量化，建立统一的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统量测方程，在此基础上，对INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统状态方程与量测方程离散化；(6)根据步骤(5)建立的离散的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统状态方程和量测方程，设计卡尔曼滤波器估计INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统未知的状态；(7)根据步骤(6)中估计得到的失准角、速度误差以及位置误差对INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统进行反馈校正，方法为基于INS获取的姿态、速度及位置上减去步骤(6)中估计得到的失准角、速度误差及位置误差，获取经反馈校正后的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统姿态、速度及位置。2.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，其特征在于：所述步骤(1)中，初始对准的状态方程为：其中，F为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统状态转移矩阵，表示为：其中，A为标准15维捷联惯性导航系统的状态转移矩阵，β为反相关时间系数，0m×n为m行n列的全0向量；X为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统状态变量，表示为：其中，φE，φN，φU分别为导航系，即n系下的东向失准角、北向失准角和天向失准角；δVE，δVN，δVU分别为导航系下的东向、北向和天向速度误差，这里导航系采用当地地理坐标系，即以载体的质心为原点，当地东向为地理系x轴，北向为y轴，天向为z轴，x轴，y轴和z轴满足右手坐标系；δλ，δL，δh分别为经度、纬度和高度误差；εx，εy，εz为载体坐标系，即b系下三个轴向的陀螺常值漂移，这里b系定义为，其原点O与载体质心重合，x轴正向与载体正向同向，y轴沿载体纵轴指左，z轴垂直xOy构成的平面指上，坐标系满足右手坐标系；分别为b系下加速度常值漂移；为磁强计的航向角测量误差；G为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统噪声分配矩阵，W为INS/GNSS/偏振/地磁组合导航系统噪声矢量：为陀螺仪三个轴向的随机游走，为加速度计三个轴向上的随机游走，为磁强计噪声。3.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，其特征在于：所述步骤(2)中，根据偏振传感器输出的偏振方位角与INS输出的方位角匹配融合建立偏振量测方程，得到基于偏振方位角的量测方程为：zpolar＝H1X+υpolar其中，υpolar为偏振传感器的量测噪声；zpolar为偏振量测量，数值通过下式计算获得，其中，sm为单位太阳矢量在模块系m系下的表示，模块系为偏振传感器模块所在的坐标系，定义与载体坐标系相同，原点为模块质心，这里定义模块与载体坐标系重合；为计算导航系n′系到b系下的姿态转换矩阵，计算导航系n′系为实际导航过程用于计算导航解的导航坐标系，坐标原点与导航系统相同，x轴、y轴和z轴与理想导航系n系存在偏差角，该偏差角即为失准角；为地球系e系到理想导航系n系下的姿态转换矩阵，地球系原点与地心重合，xe轴指向本初子午线，ze轴沿极轴方向指向北极，ye轴在赤道平面内与xe、ze轴构成右手系，理想导航系即为东北天坐标系，其原点为载体所在点，N轴指向北极方向，E轴指向东，U轴指向天空，满足右手坐标系；se为单位太阳矢量在e系下的表示；H1是以偏振方位角的量测矩阵，具体表示为：其中，表示矢量的反对称阵形式。4.根据权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的INS/GNSS/偏振/地磁组合导航对准方法，其特征在于：所述步骤(3)中，根据磁强计输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜涛，田常正，曾云豪，星艳，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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