一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统。该方法包括：基于航姿系统的误差模型，建立误差补偿滤波的系统状态方程；基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程；根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果；根据所述最优估计结果对车载航姿系统进行误差在线补偿。本发明专利技术能够在各种复杂恶劣环境下尤其是在战场环境下能够实现长时间高精度定姿。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统
本专利技术涉及车载导航定位
，特别是涉及一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统。
技术介绍
对于具有特殊用途的车辆，如发射车、装甲车、指挥车、测绘车、勘探车等，通常需要具备高精度的航向与姿态确定能力，这就必须借助车载航姿系统来实现，而且车载航姿系统在各种复杂恶劣环境下尤其是在战场环境下，不仅需具备高精度的特点，而且还应具备良好的机动性、自主性以及便捷性等特点。目前，国内外用于车载平台的中高精度航姿系统通常基于捷联惯组开发研制而来。众所周知，捷联惯组是一种高度自主的导航设备，不仅能够实现车辆航姿的确定，而且还能输出载车的速度和位置等信息，非常适用于各种复杂恶劣环境包括战场环境。但是，单纯靠捷联惯组用于航姿确定存在一个突出的问题：系统误差会随着工作时间的延长而不断积累，无法完成长时间高精度的定姿。目前，为了解决这一问题，通常采用卫星导航系统来辅助捷联惯组实现高精度定姿，取得了较为不错的使用效果。但是，由于卫星导航系统存在一定的缺陷，其信号非常容易被遮挡或被干扰，在特殊场所或战场环境下甚至可能被恶意屏蔽，因此卫星导航系统辅助捷联惯组实现航姿确定的方法其独立自主性和可靠性较差，一定程度上限制了这种方法在各种特殊应用领域特别是在军事领域内的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统，在各种复杂恶劣环境下尤其是在战场环境下能够实现长时间高精度定姿。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，包括：基于航姿系统的误差模型，建立误差补偿滤波的系统状态方程；基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程；根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果；根据所述最优估计结果对车载航姿系统进行误差在线补偿。可选的，所述建立误差补偿滤波的系统状态方程，具体包括：根据航姿系统的误差模型，结合车辆行驶运动特点，选取航姿系统的数学平台姿态误差、速度误差以及惯性器件误差作为误差补偿滤波的系统状态，建立误差补偿滤波的系统状态方程。可选的，所述基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程，具体包括：利用车辆运动约束条件，将车辆行驶过程中航姿系统的速度输出在车体坐标系横向和垂向上的投影分量作为误差补偿滤波的量测，建立获得误差补偿滤波的量测方程。可选的，所述根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果，具体包括：根据所述系统状态方程和所述量测方程采用卡尔曼滤波方法进行滤波计算，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果。一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿系统，包括：系统状态方程建立模块，用于基于航姿系统的误差模型，建立误差补偿滤波的系统状态方程；量测方程建立模块，用于基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程；最优估计结果确定模块，用于根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果；误差在线补偿模块，用于根据所述最优估计结果对车载航姿系统进行误差在线补偿。可选的，所述系统状态方程建立模块，具体包括：系统状态方程建立单元，用于根据航姿系统的误差模型，结合车辆行驶运动特点，选取航姿系统的数学平台姿态误差、速度误差以及惯性器件误差作为误差补偿滤波的系统状态，建立误差补偿滤波的系统状态方程。可选的，所述量测方程建立模块，具体包括：量测方程建立单元，用于利用车辆运动约束条件，将车辆行驶过程中航姿系统的速度输出在车体坐标系横向和垂向上的投影分量作为误差补偿滤波的量测，建立获得误差补偿滤波的量测方程。可选的，所述最优估计结果确定模块，具体包括：最优估计结果确定单元，用于根据所述系统状态方程和所述量测方程采用卡尔曼滤波方法进行滤波计算，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术首先根据航姿系统的误差模型，选取航姿系统误差补偿滤波的系统状态，建立相应的系统状态方程；然后，利用车辆运动约束条件，推导获得对应的量测方程；采用卡尔曼滤波设计航姿系统误差补偿的滤波算法，充分利用车辆在行驶过程中所固有的运动约束条件，实现在车辆行驶过程中对车载航姿系统进行误差在线估计与补偿修正，有效克服了传统航姿系统的误差随时间不断发散以及需要不断停车进行误差修正的缺点，同时也摆脱了对外部信息或设备的依赖，极大地提高了车载航姿系统的快速机动性能和使用便捷程度。本专利技术工程易于实现，成本低廉，实用性强，非常适用于军事、测绘、勘探等特殊应用领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为基于运动约束的车载航姿系统误差补偿技术的原理框图；图2为本专利技术基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法流程图；图3为本专利技术基于运动约束的车载航姿系统误差补偿系统结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法及系统，能够在各种复杂恶劣环境下尤其是在战场环境下能够实现长时间高精度定姿。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术涉及车载导航定位
，对于具有特殊用途的车辆，如发射车、装甲车、指挥车、测绘车、勘探车等，通常需要具备高精度的航向与姿态确定能力，这就必须借助车载航姿系统来实现，而且车载航姿系统在各种复杂恶劣环境下尤其是在战场环境下，不仅需具备高精度的特点，而且还应具备良好的机动性、自主性、可靠性以及便捷性等特点。传统的基于纯惯组的航姿系统存在误差随着时间不断积累的突出问题，无法完成长时间高精度的定姿；目前采用较多的卫星导航辅助惯组定姿方法存在信号易被遮挡或干扰的问题，导致独立自主性和可靠性较差。对于车载航姿系统所搭载的平台—车辆而言，如果正常行驶在相对平坦的道路上，一般不会发生侧向滑行或跳跃而起，此时若将车辆的行驶速度沿着载车的侧向和垂向进行投影，那么得到的侧向和垂向投影分量应该为零，这就是所谓的车辆运动约束条件。利用上述车辆运动约束条件，将车辆行驶过程中航姿系统的速度输出在车体坐标系横向和垂向上的投影分量作为观测量，借助卡尔曼滤波最优估本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，其特征在于，包括：/n基于航姿系统的误差模型，建立误差补偿滤波的系统状态方程；/n基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程；/n根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果；/n根据所述最优估计结果对车载航姿系统进行误差在线补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，其特征在于，包括：
基于航姿系统的误差模型，建立误差补偿滤波的系统状态方程；
基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程；
根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果；
根据所述最优估计结果对车载航姿系统进行误差在线补偿。


2.根据权利要求1所述的基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，其特征在于，所述建立误差补偿滤波的系统状态方程，具体包括：
根据航姿系统的误差模型，结合车辆行驶运动特点，选取航姿系统的数学平台姿态误差、速度误差以及惯性器件误差作为误差补偿滤波的系统状态，建立误差补偿滤波的系统状态方程。


3.根据权利要求1所述的基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，其特征在于，所述基于车辆运动约束条件，建立误差补偿滤波的量测方程，具体包括：
利用车辆运动约束条件，将车辆行驶过程中航姿系统的速度输出在车体坐标系横向和垂向上的投影分量作为误差补偿滤波的量测，建立获得误差补偿滤波的量测方程。


4.根据权利要求1所述的基于运动约束的车载航姿系统误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述系统状态方程和所述量测方程，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果，具体包括：
根据所述系统状态方程和所述量测方程采用卡尔曼滤波方法进行滤波计算，确定航姿系统数学平台姿态误差的最优估计结果。


5.一种基于运动约束的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，杨小冈，席建祥，蔡光斌，刘云峰，柴艳，任飞龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61