【技术实现步骤摘要】
一种基于角度参数化的航向初始对准方法
[0001]本专利技术属于惯性导航领域，具体涉及一种基于角度参数化的航向初始对准方法。
技术介绍
[0002]初始对准是惯性导航的关键技术之一，也是卫星/惯性组合导航系统的重要环节。传统的初始对准解析方法，通过测量当地重力加速度和地球自转速率，将姿态失准角快速收敛到较小范围内。但在MEMS
‑
IMU(微惯性测量单元)由于陀螺仪的误差较大，无法敏感地球自转速度，因此传统的解析自对准并不适用于低精度捷联惯性系统。
[0003]SINS/GPS组合导航系统可以在机动中初始对准航向角。在线性条件下，EKF(扩展卡尔曼滤波)是小角度误差下常用的方案。但大方位失准角导致了系统呈强非线性。为解决该问题，一般有两种方法：一种是用非线性滤波方法替代线性卡尔曼滤波，进行非线性初始对准，例如UKF(无迹卡尔曼滤波)；另一种是建立新的线性系统方程，实现线性初始对准。第一种方法与EKF相比，非线性模型的推导往往非常复杂，大量矩阵计算对系统的计算能力要求高，第二种方法的对准速度较慢。
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于角度参数化的航向初始对准方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，建立航向角初始对准模型；步骤2)，建立EKF滤波器框架；步骤3)，航向角滤波器的初始化；步骤4)，将Mahony滤波器作为姿态航向参考系统，该滤波器通过基于比例积PI控制器的误差向量来校正旋转矢量；步骤5)，扩展卡尔曼滤波器构建；步骤6)，构建高斯和滤波器。2.根据权利要求1所述的一种基于角度参数化的航向初始对准方法，其特征在于：步骤1)所述建立航向角初始对准模型，采用的地理坐标系取东北天，航向角正方向取北偏东为正，SINS的姿态、速度和位置的动力学方程如下：NS的姿态、速度和位置的动力学方程如下：NS的姿态、速度和位置的动力学方程如下：其中，n为导航坐标系，b为载体坐标系，N为地理坐标系，i为惯性坐标系，表示b系到n系的旋转矩阵，表示旋转矩阵的微分，表示b系相对于n系在b系下的角速度，V
n
表示载体在导航坐标系下的速度，f
b
表示载体坐标系下的比力，表示n系相对于i系在n系下的角速度，表示n系相对于e系在n系下的角速度，g
n
表示重力n系下分量，L,h,R分别表示载体所在的经度，高度，半径，表示N系相对n系的相对速度。3.根据权利要求1所述的一种基于角度参数化的航向初始对准方法，其特征在于：步骤2)所述建立EKF滤波器框架是将SINS/GPS以组合方式应用于扩展卡尔曼滤波，提出航向角估计方法，该方法架构包含3个模块：GPS接收模块，基于IMU的航向角积分模块，二者的数据通过一个扩展卡尔曼滤波算法进行滤波处理得到融合航向角。4.根据权利要求1所述的一种基于角度参数化的航向初始对准方法，其特征在于：步骤3)所述航向角滤波器初始化流程是在运行APEKF算法之前，对该算法中的航向角滤波器进行初始化，步骤41：假设航向角由xy水平面向北的增量速度ΔV
x
，向东的增量速度ΔV
y
和绕z轴旋转的增量角度Δψ所驱动，偏航角的测量误差ψ
error
和这3个值的测量噪声相关，式中3个值和3个噪声由IMU提供，算法在xy水平面上预置多个偏航角，每个偏航角由这3个值和3个噪声驱动演化，独立进行时间更新，步骤42：在xy水平面上预置多个平均间隔、平均权重的偏航角，在测量阶段GPS观测所提供水平面的速度，根据残差进行运算，偏航角向真实航向角收敛。5.根据权利要求1所述的一种基于角度参数化的航向初始对准方法，其特征在于：步骤4)所述Mahony滤波器作为姿态航向参考系统，该滤波器通过基于比例积PI控制器的误差向量来校正旋转矢量，
步骤51：误差向量的定义如下：e＝a
×
d
ꢀꢀ
(5)式中a是加速度计向量，d是由估计姿态得到的重力向量方向，e是误差向量，步骤52：从四元数估计重力矢量d，q是四元数，q1表示实部，q2，q3，q4表示虚部：步骤53：计算向量积分，l
n
表...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵立业，杨皓明，黄丽斌，丁徐锴，杨万扣，李新德，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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