适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法技术方案

本发明专利技术公开了适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，涉及惯性导航技术领域；方法包括：采用惯性测量元件输出的速度和加速度信息并加以计算得到速度和位置信息，同时通过卫导提供的速度和位置信息并反馈到惯导系统，通过算法实现对惯导系统相关参数误差的估计。首先通过数据压缩技术实现多次迭代的粗对准方法，在惯导进入导航模式前最大的提高粗对准精度；然后通过改进的滤波技术、状态协方矩阵的优化，通过测量速度和位置误差来估计惯性器件零位误差等惯导系统易变参数；最后将估计得到的误差补偿回惯导系统从而提高系统导航精度。系统导航精度。系统导航精度。

【技术实现步骤摘要】
适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法


[0001]本专利技术属于惯性导航
，具体涉及适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法。

技术介绍

[0002]惯性导航器件工作初始时刻需要对惯性器件进行初始对准，由高精度测量元件对惯性器件进行速度、位置信息修正。在船舶和航空所用的惯导器件虽然原理相同、作用相似，但是在实际工作中二者在数据处理上以及性能指标上有很大的区别。船用惯性导航器件——光纤罗经以及航空惯导器件——机载导航系统，二者不能实现互换，例如：传统的光纤罗经(船用惯性导航器件)在航空飞机上，由于较大的机动使得适用效果较差。而传统机载惯导又不适应海浪引起的“晃动”环境，从而初始对准误差较大。
[0003]目前，随着极地作业所要求的难度上升、水路两栖飞机的兴起，迫切的需求一种既能够在海上船舶工作，也能够在天空飞机工作的惯性导航装置，与之相对应的需要一种捷联惯性导航算法来进行工作。同时，由于船用惯性惯导器件初始对准时间和机用惯性导航初始对准时间要求不同；在不同的对准时间内，达到不同使用要求的精度是提高适用性的重点。

技术实现思路

[0004]为解决传统的卡尔曼滤波速度慢，跨介质惯导对准性能差等问题；本专利技术的目的在于提供适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，能够实现即适用与海面环境对准又适用于高机动的航空环境的跨介质对准算法。实现5分钟内粗对准，1小时内达到经对准指标；5分钟后航向精度就可以满足需求指标。
[0005]本专利技术，适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，方法包括：
[0006]采用惯性测量元件输出的角速度和加速度信息并加以计算得到速度和位置信息，同时通过卫导提供的速度和位置信息来反馈到惯导系统，估计惯导系统相关参数的误差，从而提高导航精度；通过相关算法对之前得出的初始对准模型进行估测，尽可能降低系统状态协方矩阵的维数、优化系统矩阵；采用卡尔曼滤波对部分误差进行估计的同时，采用对初始对准时期反馈的数据进行反复利用的迭代估计，迭代估计也同时对系统的状态协方矩阵进行优化。
[0007]适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤一：利用采集的高精度初始对准数据建立惯导系统的初始对准，模型：
[0009][0010]取地理坐标系t系；分别为地理坐标系的东、北、方位姿态角误差。δV
E
、δV
N
、δV
U
为地理系的东、北、天方向上的速度误差，δL、δλ为经、维误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
为惯性测量器件的陀螺漂移，为加速度计零偏，且陀螺漂移、加速度计零偏为常值误差；
[0011]初始对准的状态方程为：
[0012][0013]其中A表示14X14维的状态系数矩阵，G表示组合导航系统的噪声状态系数矩阵，W表示组合导航系统系统噪声矢量；
[0014]步骤二：对高精度导航装置与惯性导航元件数据融合后得到量测方程，得到速度和位置有关信息的矩阵z；
[0015]z＝Hx+η
[0016]其中z：
[0017]z＝[δL δλ δV
E δV
N ]T
[0018]H为量测矩阵，η为量测噪声；
[0019]步骤三：采用卡尔曼滤波所用的初始对准模型来进行估计，调整系统协方差矩阵的维数，优化系统的状态方程，对模型的估测如下：
[0020]X
k
＝φ
k∣k
‑1X
k
‑1+Γ
k∣k
‑1W
k
‑1[0021]Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
[0022]其中X
k
‑1、W
k
‑1为上一时刻已知的状态向量；φ
k∣k
‑1、Γ
k∣k
‑1和H
k
为系统结构参数；X
k
、Z
k
为此刻的状态和量测方程；对上述状态观测方程采用卡尔曼法进行迭代更新，能够对模型进行误差估计：
[0023]由上一时刻的状态求取下一时刻的状态：
[0024]X
k|k
‑1＝φ
k∣k
‑1X
k
‑1[0025]求取下一时刻的状态预测协方差矩阵：
[0026][0027]求取卡尔曼滤波增益：
[0028][0029]进行状态估计：
[0030]X
k
＝X
k∣k
‑1+K
k
(z
k
‑
H
k
X
k∣k
‑1)
[0031]系统的状态协方差矩阵为：
[0032]P
k
＝(I
‑
K
K
H
k
)P
K|K
‑1[0033]对初始系统的状态协方差矩阵P0进行设计，降低系统的状态协方差矩阵的维数；
[0034]步骤四：对数据进行反复的迭代处理，包括：及时调整系统的状态协方差矩阵P0的维数，对加速度计的零偏进行迭代估计，形成加速度计闭环回路，使加速度计的零偏能够降低；对陀螺仪零偏进行迭代估计，同样使陀螺仪零偏能够降低；之后进行进一步迭代估计，要求此次迭代估计能够使陀螺仪和加速度计的零偏误差降低对准前的加速度计、陀螺仪的零偏误差的二分之一。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0036]提供了船用——机用的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，该方法从调整协方差的角度实现了状态误差矩阵的优化与改善；对状态方程进行降维处理同时对传统误差方程收敛慢缺点进行改善，极大的提高了系统的误差精度以及改善了初始对准的精度和时间。
附图说明
[0037]为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0038]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0040]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，其特征在于：方法包括：采用惯性测量元件输出的及速度和加速度信息并加以计算得到速度和位置信息，同时通过卫导提供的速度和位置信息来反馈到惯导系统，估计惯导系统相关参数的误差，从而提高导航精度；通过相关算法对之前得出的初始对准模型进行估测，尽可能降低系统状态协方矩阵的维数、优化系统矩阵；采用卡尔曼滤波对部分误差进行估计的同时，采用对初始对准时期反馈的数据进行反复利用的迭代估计，迭代估计也同时对系统的状态协方矩阵进行优化。2.适用于跨海空介质的捷联式惯性导航系统的初始对准方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：利用采集的高精度初始对准数据建立惯导系统的初始对准，模型：取地理坐标系t系；分别为地理坐标系的东、北、方位姿态角误差；δV
E
、δV
N
、δV
U
为地理系的东、北、天方向上的速度误差，δL、δλ为经、维误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
为惯性测量器件的陀螺漂移，为加速度计零偏，且陀螺漂移、加速度计零偏为常值误差；初始对准的状态方程为：其中A表示14X 14维的状态系数矩阵，G表示组合导航系统的噪声状态系数矩阵，W表示组合导航系统系统噪声矢量；步骤二：对高精度导航装置与惯性导航元件数据融合后得到量测方程，得到速度和位置有关信息的矩阵z；z＝Hx+η其中z：z＝[δL δλ δV
E δV
N
]
T
H为量测矩阵，η为量测噪声；步骤三：采用卡尔曼滤波所用的初始对准模型来进行估计，调整系统协方差矩阵的维数，优化系统的状态方程，对模型的估测如下：X
k
＝φ
k∣k
‑1X
k
‑1+Γ
k∣k<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，余夕林，管练武，齐钊琳，张子斌，王鹏，林开宏，谷秀毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：