一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法，包括如下步骤：1)通过局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取载体的姿态角；2)将局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取姿态角信息输出到指定坐标系下，并通过投影获取投影之差作为观测量；3)将观测量输入到卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波器对子惯性导航系统的导航计算信息误差和惯性敏感元件误差进行估计；当估计误差值满足精度要求时，将估计误差值反馈到子惯导系统中，修正其导航参数并补偿惯性器件误差，完成初始对准。本发明专利技术所述方法能够使子惯导系统不需要经过长时间的自对准过程，也无需采用高精度的敏感器件，用该方法即可实现其快速精确对准。该方法即可实现其快速精确对准。该方法即可实现其快速精确对准。

【技术实现步骤摘要】
一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，具体涉及一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着惯性导航技术的飞速发展，各式各样的以惯性导航系统作为主要导航设备的战术武器层出不穷。武器装备从载体上发射前，其惯导系统要在运动的基座上进行初始对准，而传递对准就是其中的关键技术。惯导系统传递对准是指当载体航行时，载体上需要对准的惯性导航系统(称为子惯导系统)利用载体上已对准好的惯性导航系统(称为局部惯导系统)的信息进行初始对准的一种方法。也就是用局部惯导系统的数据与子惯导系统的相应数据进行比对和匹配的过程。在传递对准中基准参考数据来自局部惯导系统，因此局部惯导系统的进度影响着传递对准的进度。但由于安装误差、杆臂效应、载体的弹性变形等因素的影响，子惯导和局惯导存在不对准角因此，子惯导根据初始姿态信息进行导航计算时误差会很大。针对这一问题，目前理论和仿真方案较多，但能够工程实用的很少。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法，以解决现有技术子惯导系统进行初始对准误差较大的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法，包括如下步骤：
[0006]1)通过局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取载体的姿态角；
[0007]2)将局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取姿态角信息输出到指定坐标系下，并通过投影获取投影之差作为观测量；
[0008]3)将观测量输入到卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波器对子惯性导航系统的导航计算信息误差和惯性敏感元件误差进行估计；当估计误差值满足精度要求时，将估计误差值反馈到子惯导系统中，修正其导航参数并补偿惯性器件误差，完成初始对准。
[0009]优选地，当每次安装的方位角度误差不大于0.4
°
时，直接装订方位数据；否则，采用速度+姿态匹配的卡尔曼滤波方法进行传递对准。
[0010]优选地，所述卡尔曼滤波估计过程中，卡尔曼滤波状态量为：
[0011][0012]其中，安装误差角Φ＝[φ
x φ
y φ
z
]T
满足：δV
E
为东向速度误差，δV
N
为北向速度误差，δV
U
为天向速度误差，为东向姿态误差角，为北向姿态误差角，为天向姿态误差角，φ
x
为安装误差角x轴，φ
y
为安装误差角y轴，φ
z
为安装误差角z轴。
[0013]优选地，通过卡尔曼滤波的姿态观测方程进行传递对准，卡尔曼滤波的姿态观测
方程为：
[0014][0015]其中，姿态误差通过计算得到，为导航坐标系n的姿态余弦矩阵；为载体上惯导姿态误差；为局基到导航系余弦矩阵；θ
J
为局基测姿误差，θ
J
远小于将其作为观测噪声。
[0016]优选地，量测矩阵H为速度和姿态做为观测量，即Z＝HX。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0018]本专利技术所述方法通过局部惯导系统和子惯导系统的输出信息在指定坐标系下的投影之差作为观测量，用卡尔曼滤波器对子惯导系统的姿态、速度等导航计算信息误差以及主要惯性敏感元件误差进行估计，当估计值稳定后，估计误差满足精度要求时，将估计值返回到子惯导系统中，修正其导航参数并补偿惯性器件误差，完成初始对准，子惯导系统不需要经过长时间的自对准过程，也无需采用高精度的敏感器件，用传递对准的方法即可实现其快速精确对准。
附图说明
[0019]图1为传递对准示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0021]本专利技术提供一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法，包括如下步骤：
[0022]1)通过局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取载体的三轴姿态角。
[0023]2)将局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取姿态角信息输出到指定坐标系下，并通过投影获取投影之差作为观测量，即误差角。
[0024]3)将观测量输入到卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波器对子惯性导航系统的导航计算信息误差和惯性敏感元件误差进行估计；当估计误差值满足精度要求时，将估计误差值反馈到子惯导系统中，修正其导航参数并补偿惯性器件误差，完成初始对准。其中，所述导航计算信息误差包括姿态角误差和方位角误差。所述惯性敏感元件误差包括陀螺仪零偏误差、加速度计零偏误差和标度因素误差。
[0025]在具体实施时，当每次安装的方位角度误差不大于0.4
°
时，直接装订方位数据；当不能保证或者需要测出载体上惯性导航和局部惯性导航基准之间的姿态关系，或者前期未知载体上惯性导航和局部惯性导航基准之间的姿态关系时，采用速度+姿态匹配的卡尔曼滤波方法进行传递对准。
[0026]其中，所述卡尔曼滤波方法中，卡尔曼滤波状态量为：
[0027][0028]其中，安装误差角Φ＝[φ
x φ
y φ
z
]T
满足：δV
E
为东向速度误差，δV
N
为北向速度误差，δV
U
为天向速度误差，为东向姿态误差角，为北向姿态误差角，为天向姿态误差角，φ
x
为安装误差角x轴，φ
y
为安装误差角y轴，φ
z
为安装误差角z轴。
[0029]以下为卡尔曼滤波的姿态观测方程推导过程。理想情况下，载体上惯导和局基惯导测出的相对于导航坐标系n的姿态余弦矩阵应该相等局基到导航系余弦矩阵由于安装误差和各种测量误差使b
s
≠b
J
、n
s
≠n
J
≠n，根据小角度近似，定义：
[0030][0031]由坐标变换关系，得：
[0032][0033]式中θ
c
为局基惯导的姿态测量误差，下面用θ
J
表示，Φ为安装误差角，为子惯导姿态测量误差。忽略二阶以上小量，得：
[0034][0035]其向量形式为：
[0036][0037]上述推导即得到卡尔曼滤波的姿态观测方程，方程中姿态误差是通过公式计算得到；为载体惯导即局部基准与子惯导姿态误差；为局基到导航系余弦矩阵；θ
J
为局基测姿误差，由于θ
J
远小于因此将其作为观测噪声。加上速度误差，量测矩阵H可表示为：速度和姿态做为观测量，即Z＝HX。
[0038]采用本专利技术所述方法，通过仿真分析6秒完成对准，达到较高的定位精度。
[0039]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除不对准角误差对初始对准影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取载体的姿态角；2)将局部惯性导航系统和子惯性导航系统获取姿态角信息输出到指定坐标系下，并通过投影获取投影之差作为观测量；3)将观测量输入到卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波器对子惯性导航系统的导航计算信息误差和惯性敏感元件误差进行估计；当估计误差值满足精度要求时，将估计误差值反馈到子惯导系统中，修正其导航参数并补偿惯性器件误差，完成初始对准。2.根据权利要求1所述消除不对准角误差对初始对准影响的方法，其特征在于，当每次安装的方位角度误差不大于0.4
°
时，直接装订方位数据；否则，采用速度+姿态匹配的卡尔曼滤波方法进行传递对准。3.根据权利要求1所述消除不对准角误差对初始对准影响的方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波估计过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福亮，
申请(专利权)人：重庆华渝电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：