一种惯性多普勒全参量高精度标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种惯性多普勒全参量高精度标定方法及装置。该方法充分利用卫导、多普勒信息实现了航行器航行状态下多普勒三维安装误差和三维标度因子误差的标定，解决了现有算法标定精度低或对航行机动要求严格等的问题；在卫导有效的条件下通过多传感器组合导航对惯导陀螺漂移、加表漂移以及航行过程中多普勒标度因数误差进行在线标定；在卫导丢失后利用准确标定后的多普勒信息辅助惯导导航，可保持高精度的速度组合导航性能；在整个标定过程中还可利用组合导航后的高精度导航参数信息对多普勒信息进行故障检测，保证了系统的稳定性与容错性。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性多普勒全参量高精度标定方法及装置
本专利技术涉及导航
，具体涉及一种惯性多普勒全参量高精度标定方法及装置。
技术介绍
相控阵多普勒可通过声波原理测量航行器航行的速度信息，其与惯导结合构成惯性/多普勒组合导航系统可有效提高惯导的定位定向精度，并具有自主性好、不易受外界干扰等优点。但多普勒存在安装误差和标度因数误差，在使用前若不能进行准确的标定则系统导航精度将答复下降。此外，海底平面环境恶劣导致测量噪声和野值较大等特殊情况，易导致组合精度变差甚至滤波发散。本方案中涉及的坐标系定义如下：导航参考坐标系(t系)：坐标系原点在经纬度位置，x轴指东(E)，y轴指北(N)，z轴指天(U)；惯性平台坐标系(p系)：惯导基于姿态解算跟踪、复现导航参考坐标系所实际得到的坐标系；惯导计算坐标系(c系)：基于惯导解算经纬度所确定的东北天坐标系，原点在计算经纬度位置，x轴指东(E)，y轴指北(N)，z轴指天(U)；载体坐标系(b系)：固联在运载体上的参考坐标系，x轴沿运载体右侧，y轴指向运载体前向，z轴指向运载体顶部；载体初始惯性坐标系(b0系)：初始时刻与载体坐标系重合，并与惯性坐标系相对静止；多普勒坐标系(d系)：固联在运载体上的参考坐标系，x轴指向右侧，y轴指向前向，z轴与x轴、y轴构成右手正交坐标系。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种惯性/多普勒全参量高精度标定方法及装置。该方法充分利用卫导、多普勒信息实现了航行器航行状态下多普勒三维安装误差和三维标度因子误差的标定，解决了现有算法标定精度低或对航行机动要求严格等的问题；在卫导有效的条件下通过多传感器组合导航对惯导陀螺漂移、加表漂移以及航行过程中多普勒标度因数误差进行在线标定；在卫导丢失后利用准确标定后的多普勒信息辅助惯导导航，可保持高精度的速度组合导航性能；在整个标定过程中还可利用组合导航后的高精度导航参数信息对多普勒信息进行故障检测，保证了系统的稳定性与容错性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种惯性/多普勒全参量高精度标定方法，包括以下步骤：S1，利用卫星导航信息对惯导系统进行初始对准；S2，对多普勒三维标度因数误差和惯导安装三维误差进行建模，基于惯导系统误差方程以及多普勒误差方程，建立关于导航系统误差、惯性器件误差以及多普勒三维标度因数和安装误差的高阶数学模型，即卡尔曼滤波器；S3，同步采集卫导水平位置信息及多普勒导航信息，根据卫导信息有效状态，结合所述卡尔曼滤波器，构造相应的卡尔曼滤波方程；S4，以深度计信息作为观测量进行组合导航滤波，以组合后的高度信息对地球重力参数信息进行解算，完成深度计与惯导之间的深度信息融合；S5，在滤波稳定后，系统进入在线反馈状态，滤波器利用状态变量估计值对系统各项误差进行实时修正。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用卫导、多普勒等多种传感器作为辅助导航手段，构成惯性/卫星/多普勒组合导航系统能够在卫导有效的条件下对多普勒三维标度因数误差、安装误差进行高精度在线全参量标定，多种外部信息辅助惯导进行航行对准，可实现航行器航行状态下的高精度对准。在卫导丢失后，由于陀螺零偏、加表零偏、多普勒标度因数误差以及安装误差都得到了准确的估计补偿，系统精度仍可以得到保证。进一步的，所述步骤S1，包括：S101，利用动态解析对准算法快速确定惯导粗略水平姿态及航向，获得航行器初始航姿；S102，同步采集卫导水平位置信息，以惯导位置误差作为观测量进行卡尔曼滤波，完成初始对准。进一步的，所述步骤S1，还包括：S103，在对惯导系统完成初始对准后，对卡尔曼滤波参数进行重置，转入惯性/多普勒全参量标定状态。进一步的，所述的根据卫导信息有效状态构造相应的卡尔曼滤波方程，包括：在卫导系统有效状态下，利用卫导位置信息及多普勒速度信息，计算惯导位置误差以及速度误差，并以所述惯导位置误差以及速度误差作为观测量，构建卫导系统有效状态下的卡尔曼滤波方程；在卫导系统失效状态下，利用多普勒速度信息，以惯导速度误差误差作为观测量，将所述卫导系统有效状态下的卡尔曼滤波方程进行离散化，得到卫导系统失效状态下的卡尔曼滤波方程。进一步的，在所述步骤S4之前还包括：以组合导航速度信息为基准对多普勒速度信息的有效性进行判断，若当前系统在第一时间阈值内处于无效状态，则滤波器进入预测状态；若当前系统超过第二时间阈值处于无效状态，则系统退出组合导航状态；其中第二时间阈值大于第一时间阈值。进一步的，所述的以组合导航速度信息为基准对多普勒速度信息的有效性进行判断，包括：对多普勒两次测量信息进行计算得到速度增量信息；对组合导航后的速度信息进行统计处理得到速度增量信息基准值；当测量值与基准值差值超过设定门限值后，则多普勒当前信息不可用；当测量值与基准值差值小于设定门限值后，则多普勒当前信息可用。进一步的，所述步骤S4还包括：利用连续稳定输出的组合导航高度信息对深度计信息进行有效性判断。本专利技术的惯性/多普勒全参量高精度标定方法综合使用卫导、多普勒、深度计等多种传感器完成对准、导航与标定。对准阶段结合动态解析对准及卡尔曼滤波对准，实现了惯导全程处于航行状态下的初始对准。在多传感器组合模式下，滤波器可观测性较高，可对系统各误差源进行在线标定补偿，使得在卫导信息无效时能够保持高精度的导航。利用导航参数对外部观测信息进行有效性判断，可准确判断出有效信息，减少了无效信息对滤波器的影响。第二方面，本专利技术提供一种惯性/多普勒全参量高精度标定系统，包括：初始对准模块，利用卫星导航信息对惯导系统进行初始对准；滤波器建立模块，对多普勒三维标度因数误差和惯导安装三维误差进行建模，基于惯导系统误差方程以及多普勒误差方程，建立关于导航系统误差、惯性器件误差以及多普勒三维标度因数和安装误差的高阶数学模型，即卡尔曼滤波器；滤波方程构造模块，同步采集卫导水平位置信息及多普勒导航信息，根据卫导信息有效状态，结合所述卡尔曼滤波器，构造相应的卡尔曼滤波方程；深度信息融合模块，以深度计信息作为观测量进行组合导航滤波，以组合后的高度信息对地球重力参数信息进行解算，完成深度计与惯导之间的深度信息融合；反馈修正模块，在滤波稳定后，系统进入在线反馈状态，滤波器利用状态变量估计值对系统各项误差进行实时修正。第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储计算机软件程序；处理器，用于读取并执行所述存储器存储的计算机软件程序，用于实现本专利技术第一方面所述的一种惯性/多普勒全参量高精度标定方法。第四方面，本专利技术提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有用于实现本专利技术第一方面所述的一种惯性/多普勒全参量高精度标定方法的计算机软件程序。附图说明图1为本专利技术实施例提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惯性多普勒全参量高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，利用卫星导航信息对惯导系统进行初始对准；/nS2，对多普勒三维标度因数误差和惯导安装三维误差进行建模，基于惯导系统误差方程以及多普勒误差方程，建立关于导航系统误差、惯性器件误差以及多普勒三维标度因数和安装误差的高阶数学模型，即卡尔曼滤波器；/nS3，同步采集卫导水平位置信息及多普勒导航信息，根据卫导信息有效状态，结合所述卡尔曼滤波器，构造相应的卡尔曼滤波方程；/nS4，以深度计信息作为观测量进行组合导航滤波，以组合后的高度信息对地球重力参数信息进行解算，完成深度计与惯导之间的深度信息融合；/nS5，在滤波稳定后，惯导系统进入在线反馈状态，滤波器利用状态变量估计值对惯导系统各项误差进行实时修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种惯性多普勒全参量高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，利用卫星导航信息对惯导系统进行初始对准；
S2，对多普勒三维标度因数误差和惯导安装三维误差进行建模，基于惯导系统误差方程以及多普勒误差方程，建立关于导航系统误差、惯性器件误差以及多普勒三维标度因数和安装误差的高阶数学模型，即卡尔曼滤波器；
S3，同步采集卫导水平位置信息及多普勒导航信息，根据卫导信息有效状态，结合所述卡尔曼滤波器，构造相应的卡尔曼滤波方程；
S4，以深度计信息作为观测量进行组合导航滤波，以组合后的高度信息对地球重力参数信息进行解算，完成深度计与惯导之间的深度信息融合；
S5，在滤波稳定后，惯导系统进入在线反馈状态，滤波器利用状态变量估计值对惯导系统各项误差进行实时修正。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：
S101，利用动态解析对准算法快速确定惯导粗略水平姿态及航向，获得航行器初始航姿；
S102，同步采集卫导水平位置信息，以惯导位置误差作为观测量进行卡尔曼滤波，完成初始对准。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：S103，在对惯导系统完成初始对准后，对卡尔曼滤波参数进行重置，转入惯性/多普勒全参量标定状态。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据卫导信息有效状态构造相应的卡尔曼滤波方程，包括：
在卫导系统有效状态下，利用卫导位置信息及多普勒速度信息，计算惯导位置误差以及速度误差，并以所述惯导位置误差以及速度误差作为观测量，构建卫导系统有效状态下的卡尔曼滤波方程；
在卫导系统失效状态下，利用多普勒速度信息，以惯导速度误差误差作为观测量，将所述卫导系统有效状态下的卡尔曼滤波方程进行离散化，得到卫导系统失效状态下的卡尔曼滤波方程。


5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4之前还包括：
以组合导航速度信息为基准对多普勒速度信息的有效性进行判断，若当前系统在第一时间阈值内处于无效状态，则滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉孔，邹志峰，杜勇，刘兵，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42