一种适用于车载传递对准的双步滤波方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于车载传递对准的双步滤波方法，包括子惯导传递对准惯导模型，通过对对准惯导模型中状态变量的滤波并补偿从而实现传递对准，其中，将传递对准惯导模型的滤波流程分为速度滤波子流程和姿态滤波子流程，首先进行速度滤波子流程，然后进行姿态滤波子流程。本发明专利技术将原有的传递对准的滤波流程分割为两个滤波流程，根据不同滤波流程的不同特点，采用符合阶段特点的滤波模型予以滤波实现，兼顾了传递对准的准确性和快速性。本发明专利技术将原有的传递对准的滤波流程分割为两个滤波流程，从而实现模型降维，在减小算法计算量的同时，有效的实现了滤波参数之间的解耦合，极大的简化了滤波参数的调试所需的工作量。

A Two-Step Filtering Method for Vehicle Transfer Alignment

【技术实现步骤摘要】
一种适用于车载传递对准的双步滤波方法
本专利技术涉及惯性导航领域，具体涉及一种适用于车载传递对准的双步滤波方法。
技术介绍
对目标的初始对准是捷联惯导系统(StrapdownInertialNavigationSystem，SINS)的关键技术之一，现代战争武器越来越趋向于小型化，快速化，精确化，智能化。其目的在于不造成大量伤亡的情况下抢占战争的主动权。这要求武器系统的具有快速的反应时间和精确的制导精度，这两者则与武器系统内的SINS的对准时间以及导航精度息息相关。传统对目标的自主式初始对准方式对准时间较长，对SINS的器件精度要求高，这种对准方式无论从反应时间还是成本上都不适合随时准备发射的快速反应武器。传递对准是新一代的快速对准技术，它通过借助高精度的主惯导的导航信息，利用主惯导和子惯导之间的导航信息之差能不同程度的反应主、子惯导之间的失准角这一特性；通过建立相应的误差模型进行滤波计算，从而获得主、子惯导之间的失准角，进而最终实现子惯导的高精度对准。对于传递对准技术而言，准确性和快速性是决定算法优劣的关键指标。导航精度的高低取决于传递对准的准确性，若传递对准的准确性得不到保证，那么SINS从一开始便无法进行正常的运转，且由于惯导系统的运算是在时间上积分，而误差将会随着时间的积累放大。而传递对准的快速性则直接影响着惯性导航系统的反应时间。如何在实际工程应用中兼顾传递对准的准确性和快速性，是一直以来传递对准领域的研究热点。此外，由于传递对准模型具有状态变量耦合关系复杂、滤波模型维数高等特点，在实际工程应用中，滤波参数的选择与调试是一项非常繁重的工作，需要花费大量人力和时间才能得到一套可行的滤波参数，效率很低。滤波参数调试复杂的一个重要原因便是因为参数之间过强的耦合性：当调整一个滤波参数时，本不受该滤波参数直接影响的滤波结果，由于耦合项的存在，也会出现较大变化，导致滤波参数调试费时费力。
技术实现思路
本专利技术拟提出一种适用于车载传递对准的双步滤波方法，在兼顾传递对准准确性和快速性的基础上，通过对原有滤波流程进行重构分解实现对滤波模型的降维和滤波流程的简化，降低滤波参数之间的相关性与耦合性，从而极大地减小了实际工程应用中调试滤波参数所需要的工作量。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种适用于车载传递对准的双步滤波方法，包括子惯导传递对准惯导模型，通过对对准惯导模型中状态变量的滤波并补偿从而实现传递对准，其中，将传递对准惯导模型的滤波流程分为速度滤波子流程和姿态滤波子流程，首先进行速度滤波子流程，然后进行姿态滤波子流程，其中；所述速度滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、子惯导三轴速度误差、子惯导三轴加速度计零偏，其中：子惯导三轴速度误差作为所述速度速度滤波子流程的滤波输入；所述姿态滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、主子惯导之间三轴的安装偏差、子惯导三轴陀螺仪零偏，其中：所述子惯导三轴姿态误差和速度滤波子流程的部分滤波结果作为所述姿态滤波子流程的滤波输入。方案进一步：所述子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差是通过将主惯导导航输出的速度和姿态变量转换为子惯导的外参考输出获得的；所述子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差获得过程是：第一步：确定主惯导与子惯导的速度转换关系式，式中，为子惯导在导航北东地坐标系中表示的外参考三轴速度，为主惯导输出在导航坐标系中表示的三轴速度，为杆臂速度输出在导航坐标系中表示的补偿项，其中，的计算如下：其中：代表主惯导由载体坐标系转换至导航坐标系输出的姿态转换矩阵；代表主惯导中的三轴陀螺仪所输出的载体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度在主惯导载体坐标系中的表示；rbm代表主惯导质心和子惯导质心的杆臂距离在在主惯导载体坐标系中的表示；×代表向量叉乘运算；第二步：确定主惯导与子惯导的姿态转换关系式：式中：Cref为子惯导的外参考姿态；为主惯导由载体坐标系转换至导航坐标系输出的姿态转换矩阵；为子惯导载体坐标系到主惯导坐标系的转换矩阵；第三步：在得到和Cref的基础上，将转换得到的子惯导的外参考输出与子惯导真实输出做差，得到的差值即为子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差；所述子惯导三轴速度误差ZV通过关系式获取，其中，为子惯导输出的三轴速度在导航坐标系中的表示；所述子惯导三轴姿态误差Zθ通过关系式获取，ZDCM的计算关系式为其中，为子惯导输出由载体坐标系转换至导航坐标系的姿态转换矩阵。方案进一步：所述速度滤波子流程是：第一步，获得子惯导的姿态误差角、速度误差、加速度计零偏作为状态变量：式中，为子惯导姿态误差在导航坐标系下的表示；为子惯导速度误差在导航坐标系下的表示；为子惯导加速度计常值漂移在子惯导载体坐标系下的表示；第二步，确定所使用的速度滤波模型的状态方程：其中：式中：VN、VE和VD分别为子惯导所输出的北向、东向、和地向速度；L为子惯导所输出的地理纬度；h为子惯导所输出的海拔高度；RM为地球子午圈曲率半径；RN为地球卯酉圈曲率半径；ωie为地球的自转角速度；和为子惯导所敏感到的三轴比力在导航系下的三轴分量；为子惯导输出由载体坐标系转换至导航坐标系的姿态转换矩阵；为加速度计的噪声；03×3为三行三列的零矩阵；第三步，确定所使用的速度滤波模型的量测方程：Z1＝H1X1+R其中，H1＝[03×3I3×303×3]，I3×3代表三行三列的单位矩阵，R为速度量测噪声；对连续的上述速度滤波模型进行离散化处理，得到第一滤波子流程所采用的离散化后的速度滤波模型：其中，即速度滤波子流程中观测量为子惯导速度误差；对上述离散后的速度滤波模型应用kalman滤波，得到的估计值所述姿态滤波子流程是：第一步，获取子惯导的姿态误差角、安装误差、陀螺仪零偏作为状态变量：式中，为子惯导姿态误差在导航坐标系下的表示，为主子惯导之间转换的安装误差，为子惯导陀螺仪常值漂移在子惯导载体坐标系下的表示；第二步，确定所使用的姿态滤波模型的状态方程：其中：其中，为陀螺仪的噪声，03×3为三行三列的零矩阵，03×1为三行一列的零矩阵；第三步，根据当前时刻的子惯导所敏感到的比力大小而选择不同的姿态滤波模型的量测方程，具体选择规则如下：1，如果满足该条件：其中g为重力加速度，则选择第一量测方程：其中，为对应维数的量测噪声；从而得到第一姿态滤波模型：对上述第一姿态滤波模型的连续模型进行离散化处理，得到上述情况下姿态滤波子流程所采用的离散化模型：其中，其中，代表中的第一个、二个、三个元素；即姿态滤波子流程中的观测量由姿态滤波子流程中的滤波估计结果与子惯导姿态误差两部分构成；对上述离散化模型应用kalman滤波，得到的估计值2，如果不满足则选择第二量测方程：其中，为对应维数的量测噪声，02×3为二行三列的零矩阵；从而得到第二姿态滤波模型：对上述第二姿态滤波模型进行离散化处理，得到上述情况下姿态滤波子流程所采用的离散化模型：其中，其中，代表速度滤波子流程的中的第一个、二个元素；即姿态滤波子流程中的观测量由速度滤波子流程中的部分滤波估计结果与子惯导姿态误差两部分构成；对上述离散模型应用kalman滤波，得到的估计值方案进一步：所述方法进一步包括对子惯导的导航误差进行补偿修正分别是：将子惯导的三轴姿态角输出θn减去其中，代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于车载传递对准的双步滤波方法，包括子惯导传递对准惯导模型，通过对对准惯导模型中状态变量的滤波并补偿从而实现传递对准，其特征在于，将传递对准惯导模型的滤波流程分为速度滤波子流程和姿态滤波子流程，首先进行速度滤波子流程，然后进行姿态滤波子流程，其中；所述速度滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、子惯导三轴速度误差、子惯导三轴加速度计零偏，其中：子惯导三轴速度误差作为所述速度速度滤波子流程的滤波输入；所述姿态滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、主子惯导之间三轴的安装偏差、子惯导三轴陀螺仪零偏，其中：所述子惯导三轴姿态误差和速度滤波子流程的部分滤波结果作为所述姿态滤波子流程的滤波输入。

【技术特征摘要】
1.一种适用于车载传递对准的双步滤波方法，包括子惯导传递对准惯导模型，通过对对准惯导模型中状态变量的滤波并补偿从而实现传递对准，其特征在于，将传递对准惯导模型的滤波流程分为速度滤波子流程和姿态滤波子流程，首先进行速度滤波子流程，然后进行姿态滤波子流程，其中；所述速度滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、子惯导三轴速度误差、子惯导三轴加速度计零偏，其中：子惯导三轴速度误差作为所述速度速度滤波子流程的滤波输入；所述姿态滤波子流程的状态变量是：子惯导三轴姿态误差、主子惯导之间三轴的安装偏差、子惯导三轴陀螺仪零偏，其中：所述子惯导三轴姿态误差和速度滤波子流程的部分滤波结果作为所述姿态滤波子流程的滤波输入。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差是通过将主惯导导航输出的速度和姿态变量转换为子惯导的外参考输出获得的；所述子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差获得过程是：第一步：确定主惯导与子惯导的速度转换关系式，式中，为子惯导在导航北东地坐标系中表示的外参考三轴速度，为主惯导输出在导航坐标系中表示的三轴速度，为杆臂速度输出在导航坐标系中表示的补偿项，其中，的计算如下：其中：代表主惯导由载体坐标系转换至导航坐标系输出的姿态转换矩阵；代表主惯导中的三轴陀螺仪所输出的载体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度在主惯导载体坐标系中的表示；rbm代表主惯导质心和子惯导质心的杆臂距离在在主惯导载体坐标系中的表示；×代表向量叉乘运算；第二步：确定主惯导与子惯导的姿态转换关系式：式中：Cref为子惯导的外参考姿态；为主惯导由载体坐标系转换至导航坐标系输出的姿态转换矩阵；为子惯导载体坐标系到主惯导坐标系的转换矩阵；第三步：在得到和Cref的基础上，将转换得到的子惯导的外参考输出与子惯导真实输出做差，得到的差值即为子惯导三轴速度误差和子惯导三轴姿态误差；所述子惯导三轴速度误差ZV通过关系式获取，其中，为子惯导输出的三轴速度在导航坐标系中的表示；所述子惯导三轴姿态误差Zθ通过关系式获取，ZDCM的计算关系式为其中，为子惯导输出由载体坐标系转换至导航坐标系的姿态转换矩阵。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述速度滤波子流程是：第一步，获得子惯导的姿态误差角、速度误差、加速度计零偏作为状态变量：式中，为子惯导姿态误差在导航坐标系下的表示；为子惯导速度误差在导航坐标系下的表示；为子惯导加速度计常值漂移在子惯导载体坐标系下的表示；第二步，确定所使用的速度滤波模型的状态方程：其中：式中：VN、VE和VD分别为子惯导所输出的北向、东向、和地向速度；L为子惯导...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁源，徐兵，
申请(专利权)人：北京壹氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11