一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，选择惯性/偏振光组合导航系统初始对准的状态矢量，建立大失准角下惯性/偏振光组合导航系统的非线性误差状态方程；根据偏振光传感器测量的偏振方位角计算太阳矢量，建立偏振光非线性量测方程；根据惯性导航系统的速度输出，建立速度误差量测方程；利用增广技术建立统一的惯性/偏振光组合导航系统非线性量测方程；对惯性/偏振光组合导航系统非线性方程进行离散化；设计扩展卡尔曼滤波器估计惯性/偏振光组合导航系统的失准角、速度误差、陀螺漂移和加速度计常值偏置等误差状态；对惯性/偏振光组合导航系统姿态及速度进行反馈校正，提高大失准角下初始对准估计精度和速度。本发明专利技术具有精度高、速度快、自主性强的优点。

EKF alignment method of inertial / polarized light integrated navigation system with large misalignment angle

【技术实现步骤摘要】
一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法
本专利技术涉及一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，可有效提高地球大气层内地面运载体大失准角下静基座初始对准的精度，并缩短初始对准的时间。
技术介绍
导航是航空、航天、航海及地面交通等领域的关键技术。由于导航是一个积分过程，因此初始状态对其精度影响较大。为了提高导航定位及定速精度，在进入导航状态前，导航系统需要进行初始对准。通过初始对准来准确的获得初始的导航参数，包括姿态、速度及位置信息。在静基座条件下，载体保持静止，此时速度为零，位置不变，因此静基座下的初始对准是为了获得运载体的初始姿态。如何在短时间内，实现精度高的静基座大失准角初始对准是目前研究的热点问题。目前，静基座初始对准方法主要分为两个阶段：粗对准和精对准。粗对准要求在较短的时间内，利用双矢量定姿等方法获得精度较低的载体姿态，精度较低；在精对准阶段，根据粗对准获得的粗略的姿态，通过估计失准角对其反馈校正来得到高精度的初始姿态，但耗时较长。当粗对准所得到的初始姿态精度较高时，可认为计算导航系与真实导航系间的失本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)选择失准角、速度误差、陀螺漂移及加速度计常值偏置作为惯性/偏振光组合导航系统的状态矢量，并建立大失准角下初始对准惯性/偏振光组合导航系统非线性误差状态方程；/n(2)根据偏振光传感器测量的偏振方位角计算太阳矢量，建立偏振光非线性量测方程；/n(3)根据惯性导航系统的速度输出，建立速度误差量测方程；/n(4)利用增广技术将步骤(2)建立的偏振光非线性量测方程和步骤(3)建立的速度误差量测方程进行向量化，建立统一的惯性/偏振光组合导航系统非线性量测方程；/n(5)在步骤(1)和(4)基础上，建立惯性/偏振...

【技术特征摘要】
1.一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF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、陀螺漂移及加速度计常值偏置作为惯性/偏振光组合导航系统的状态矢量，并建立大失准角下初始对准惯性/偏振光组合导航系统非线性误差状态方程；
(2)根据偏振光传感器测量的偏振方位角计算太阳矢量，建立偏振光非线性量测方程；
(3)根据惯性导航系统的速度输出，建立速度误差量测方程；
(4)利用增广技术将步骤(2)建立的偏振光非线性量测方程和步骤(3)建立的速度误差量测方程进行向量化，建立统一的惯性/偏振光组合导航系统非线性量测方程；
(5)在步骤(1)和(4)基础上，建立惯性/偏振光组合导航系统非线性状态方程与量测方程，对所建立的惯性/偏振光组合导航系统非线性状态方程与量测方程进行离散化，得到离散的惯性/偏振光组合导航系统状态方程和量测方程；
(6)根据步骤(5)建立的离散惯性/偏振光组合导航系统状态方程和量测方程，设计扩展卡尔曼滤波器，估计惯性/偏振光组合导航系统未知的状态，获得惯性/偏振光组合导航系统的失准角、速度误差、陀螺漂移和加速度计常值偏差；
(7)根据步骤(6)中估计的失准角及速度误差，对基于惯性导航系统的姿态和速度进行补偿，使用反馈校正方法，获得校正后的惯性/偏振光组合导航系统的姿态和速度。


2.根据权利要求1所述的一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，其特征在于：所述步骤(1)中，选择失准角、速度误差、陀螺漂移及加速度计常值偏置作为惯性/偏振光组合导航系统的状态矢量，并建立大失准角下初始对准惯性/偏振光组合导航系统非线性误差状态方程。所选择惯性/偏振光组合导航系统初始对准的状态矢量为:



其中，φE，φN和φU为分别为导航坐标系n系下东向、北向和天向的失准角，表示为计算导航坐标系n′系与n系之间的误差角；和为n系下三轴速度误差；和为载体坐标系b系下三轴陀螺常值偏置；和为b系下的三轴加速度计常值偏置；
大失准角初始对准下，惯性/偏振光组合导航系统的非线性误差状态方程为：












其中，




为n系与计算导航系n′系间的姿态转换矩阵，表示为：



fb为b系下比力，由加速度计得到；gn为当地的重力矢量；为b系与n′系的姿态转换矩阵；为地球系e系相对于惯性系i系的角速度在n系下的表示，由地球自转产生；为矢量的对反对称阵形式，即：



其中，和为的三轴分量；I3×3为3×3维单位矩阵，03×1为3×1维全0矢量；与分别为陀螺与加速度计的噪声矢量，令状态噪声矢量为且服从均值为0，方差为Q的高斯白噪声分布，即q～N(012×1,Q)，Q＝E[qqT]，01×6为1×6维全0矢量，012×1为12×1维全0矢量。


3.根据权利要求1所述的一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，其特征在于：所述步骤(2)中，建立偏振光非线性量测方程为：



其中，为利用偏振光传感器m1获得的量测矢量，为偏振光传感器模块系m1与b系间的姿态转换关系，即为偏振光传感器m1与载体的安装关系，可在对准前标定获得；Sm1为太阳矢量在m1系下的表示，可由偏振光传感器计算获得；Sn太阳矢量在n系下的表示，利用当地位置、时间，根据天文年历计算得到；δSm1为Sm1的量测误差；为偏振光量测噪声矢量，服从均值为0，方差为R1的高斯白噪声分布，即rpol～N(03×1,R1)，03×1为3×1维全0矢量。


4.根据权利要求1所述的一种大失准角下惯性/偏振光组合导航系统EKF对准方法，其特征在于：所述步骤(3)中，建立的速度误差量测方程为：
δv＝[03×3I3×303×303×3]X+rv
其中，为惯性导航系统的加速...

【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