一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法技术

本发明专利技术提供了一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，包括：基于双轴旋转惯导系统进行多个位置的导航对准，获取对准基准数据、IMU数据和码盘转动角度；根据对准基准数据获取虚拟IMU陀螺角速度和加速度；对IMU数据进行预处理获取陀螺角速率增量和加表加速度增量；设置模型训练输入和输出；根据模型训练输入和输出采用深度学习LSTM模型进行模型训练，获取虚拟IMU预测训练模型；基于虚拟IMU预测训练模型，根据实时IMU数据解算的陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及实时码盘转动角度获取实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度；根据实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度进行导航对准。本发明专利技术能够解决现有技术中惯导初始对准精度不足的技术问题。对准精度不足的技术问题。对准精度不足的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法


[0001]本专利技术涉及惯导系统
，尤其涉及一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法。

技术介绍

[0002]惯性导航技术由于其隐蔽性好，自主性强等优势在海陆空各个武器装备上都不断得到应用。平台式惯导系统上的对准研究已经相当成熟。通常卡尔曼滤波被用于解决其初始对准问题。但是，由于惯导系统的可观测性较差，影响了该线性滤波器状态估计的收敛速度及估计精度，进而影响对准的精度和快速性，并存在对准精度和快速性互相矛盾的问题，因此，研究如何提高惯导系统初始对准的速度和精度，仍是一个很有价值的问题。
[0003]双轴旋转惯导系统通过双轴旋转，可以将陀螺、加表零位误差调制掉，提高对准导航精度，但是由于IMU旋转后需要码盘进行坐标转换计算得到最后导航系统的姿态结果，所以在IMU旋转过程中，码盘误差也会导致姿态转换矩阵存在误差，最终引入到的导航系统对准姿态角。因此，为进一步提高高精度惯导系统的对准精度，需要在原有旋转调制对准的基础上，提出一种改进方法，以满足现阶段远程战略武器装备需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0005]本专利技术提供了一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，该基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法包括：基于双轴旋转惯导系统进行多个位置的导航对准，获取对准基准数据、IMU数据和码盘转动角度；根据对准基准数据获取虚拟IMU陀螺角速度和加速度；对IMU数据进行预处理获取陀螺角速率增量和加表加速度增量；根据虚拟IMU陀螺角速度和加速度、陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及码盘转动角度设置模型训练输入和模型训练输出；根据模型训练输入和模型训练输出采用深度学习LSTM模型进行模型训练，获取虚拟IMU预测训练模型；基于虚拟IMU预测训练模型，根据实时IMU数据解算的陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及实时码盘转动角度获取实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度；根据实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度进行导航对准。
[0006]进一步地，根据获取虚拟IMU陀螺角速度，其中，为虚拟IMU陀螺角速度，为载体坐标系b系相对导航坐标系n系的角度变化在b系下的投影，Y为IMU采样周期，γ、θ、ψ分别为基准滚转角、俯仰角、航向角；为地球自转角速度在导航系n系的投影；
L为纬度，ω
ie
为地球自转角速率；为地球自转角速率；为地球自转角速率；为导航坐标系n系相对地球坐标系e系的速度沿东向的投影，为导航坐标系n系相对地球坐标系e系的速度沿北向的投影，R
n
为卯酉圈曲率半径，H为导航高度，R
m
为子午圈曲率半径。
[0007]进一步地，根据获取虚拟IMU加速度，其中，为虚拟IMU加速度，为载体系b系相对于惯性系i系的速度变化量的n系下的投影，度变化量的n系下的投影，为重力加速度，为导航坐标系n系相对地球坐标系e系的速度，
[0008]进一步地，根据获取陀螺角速率增量，其中，为ΔT时间段内的陀螺测量角速率增量，ΔT为数据预处理间隔时间周期，为陀螺测量角速度，T为IMU采样周期。
[0009]进一步地，根据获取加表加速度增量，其中，为ΔT时间段内的加表加速度增量，ΔT为数据预处理间隔时间周期，为加表测量比力，T为IMU采样周期。
[0010]进一步地，设置模型训练输入为其中，Z(
·
)表示采用z
‑
score进行数据归一化处理，满足μ表示原始数据x的均值，σ表示原始数据x的标准差；分别为陀螺测量角速率增量沿IMUx轴、y轴、z轴的分量，分别为加表加速度增量沿IMUx轴、y轴、z轴的分量，α为码盘内环角，β为码盘外环角。
[0011]进一步地，设置模型训练输出为其中，和分别为虚拟IMU陀螺角速度和加速度值。
[0012]进一步地，虚拟IMU预测训练模型的损失函数为其中，Y
OUT
为模型输出，Y
pred
为模型训练过程中的预测值，a为供训练的所有数据条次数量。
[0013]进一步地，对实时解算获取的陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及实时码盘转动角度进行归一化处理后，输入虚拟IMU预测训练模型进行虚拟IMU陀螺角速度和加速度的实时预测输出。
[0014]应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，该基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法根据对准基准数据获取虚拟IMU陀螺角速度和加速度，结合IMU数据和码盘转动角度，采用深度学习LSTM模型(Long short
‑
term memory，长短时记忆网络模型)进行模型训练获取虚拟IMU预测训练模型，根据实时IMU数据解算的陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及实时码盘转动角度获取实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度，并进行导航对准。本专利技术的惯导初始对准方法既保证了旋转调制消除零位误差的效果，又可以估计补偿出码盘误差，从而达到快速高精度对准的目的。与现有技术相比，本专利技术的技术方案能够解决现有技术中惯导初始对准精度不足的技术问题。
附图说明
[0015]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法的流程示意图。
具体实施方式
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0018]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0019]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，其特征在于，所述基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法包括：基于双轴旋转惯导系统进行多个位置的导航对准，获取对准基准数据、IMU数据和码盘转动角度；根据所述对准基准数据获取虚拟IMU陀螺角速度和加速度；对所述IMU数据进行预处理获取陀螺角速率增量和加表加速度增量；根据所述虚拟IMU陀螺角速度和加速度、所述陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及所述码盘转动角度设置模型训练输入和模型训练输出；根据所述模型训练输入和模型训练输出采用深度学习LSTM模型进行模型训练，获取虚拟IMU预测训练模型；基于所述虚拟IMU预测训练模型，根据实时IMU数据解算的陀螺角速率增量和加表加速度增量、以及实时码盘转动角度获取实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度；根据所述实时预测的虚拟IMU陀螺角速度和加速度进行导航对准。2.根据权利要求1所述的基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，其特征在于，根据获取虚拟IMU陀螺角速度，其中，为虚拟IMU陀螺角速度，为载体坐标系b系相对导航坐标系n系的角度变化在b系下的投影，T为IMU采样周期，γ、θ、ψ分别为基准滚转角、俯仰角、航向角；为地球自转角速度在导航系n系的投影；L为纬度，ω
ie
为地球自转角速率；为地球自转角速率；为地球自转角速率；为导航坐标系n系相对地球坐标系e系的速度沿东向的投影，R
n
为卯酉圈曲率半径，为导航坐标系n系相对地球坐标系e系的速度沿北向的投影，H为导航高度，R
m
为子午圈曲率半径。3.根据权利要求1或2所述的基于虚拟IMU预测的高精度惯导初始对准方法，其特征在于，根据获取虚拟IMU加速度，其中，为虚拟IMU加速度，为载体系b系相对于惯性系i系的速度变化量的n系下的投影，n系下的投影，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹思远，郭玉胜，邓继权，周鼎，庄广琛，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：