一種艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準方法。將SINS的精對準模型選在慣性系內(nèi)，建立SINS極區(qū)動基座的失準角方程和速度誤差方程；然后以誤差量為狀態(tài)量，速度為觀測量建立慣性系下極區(qū)動基座對準的卡爾曼濾波的數(shù)學模型即狀態(tài)方程和量測方程，對狀態(tài)量進行估計，用估計出的失準角對捷聯(lián)矩陣進行補償，實現(xiàn)極區(qū)動基座對準。本發(fā)明的對準機理不同于傳統(tǒng)的對準方法，消除了羅經(jīng)效應產(chǎn)生的不利影響，可實現(xiàn)艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準，對艦船實現(xiàn)極區(qū)導航具有重要意義。
【專利說明】一種艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性導航領域,涉及的是一種捷聯(lián)慣導系統(tǒng)(Strapdown InertialNavigation System, SINS)的動基座初始對準方法。具體地說是利用慣性系下的卡爾曼濾波對準實現(xiàn)艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準。
【背景技術】
[0002]捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(SINS)是一種完全自主式、全天候的導航系統(tǒng)，現(xiàn)已被廣泛應用在艦船、飛機等軍事領域。慣性導航的基本原理是根據(jù)測得的運載體加速度，經(jīng)過積分運算求得速度與位置。進行積分運算首先要確定初始條件，這就需要對慣導系統(tǒng)進行初始對準。所謂初始對準就是在慣導系統(tǒng)尚未正式進入導航工作狀態(tài)之前，建立導航狀態(tài)所必需的初始條件，對于SINS來說，初始對準就是確定捷聯(lián)矩陣的初始值。很顯然，初始對準的精度對系統(tǒng)以后的正常工作性能將產(chǎn)生直接的影響，是慣導系統(tǒng)的關鍵技術之一。
[0003]對于艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)，目前常用的初始對準方法主要有羅經(jīng)對準和地理坐標系下的卡爾曼濾波對準。但由于機理上的缺陷，這兩種方法只適用于中低緯度地區(qū)，無法實現(xiàn)極區(qū)對準。首先，羅經(jīng)對準的對準機理是羅經(jīng)效應，但隨緯度的升高羅經(jīng)效應變?nèi)?，導致對準精度下降；并且由慣性器件誤差至失準角的傳函可知，隨著緯度的升高北向加速度零偏和東向陀螺漂移對方位失準角的影響將增大，即緯度的升高會使系統(tǒng)對準時間增加，使東向陀螺漂移產(chǎn)生的方位失準角增大。其次，對于地理系下的卡爾曼濾波對準，由于羅經(jīng)項的存在，不可觀測量東向陀螺漂移引起的失準角的估計誤差隨緯度的升高而增大。并且以上這些不良因素的都可以歸結為羅經(jīng)效應產(chǎn)生的影響。
[0004]隨著各軍事強國對極區(qū)的話語權越來越重視，對極區(qū)的油氣、領土等資源的爭奪日益激烈，我國艦船在極區(qū)的活動也越來越頻繁。但是我國艦船要增加在極區(qū)的實質(zhì)存在性就必須擁有獨立自主的極區(qū)導航能力，作為其關鍵技術極區(qū)的初始對準自然就成為要研究的重點內(nèi)容之一。因此，實現(xiàn)艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的極區(qū)對準對具有重要的戰(zhàn)略意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座初始對準的方案，即利用慣性系下的卡爾曼濾波對準來解決極區(qū)對準問題。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]步驟1:根據(jù)SINS的基本原理建立慣性系下極區(qū)動基座對準的誤差模型，模型包括失準角方程和速度誤差方程；
[0008]步驟2:利用以上步驟I得到的誤差模型，以速度誤差、失準角、陀螺常值漂移和加速度零偏為狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程；以慣性系下SINS解算的速度和GPS測得的慣性系下的速度的差值作為量測量，建立量測方程。狀態(tài)方程和量測方程構成極區(qū)動基座對準的卡爾曼濾波1吳型；
[0009]步驟3:利用以上步驟2得到的卡爾曼濾波模型，根據(jù)卡爾曼濾波基本方程對狀態(tài)量進行估計；
[0010]步驟4:利用以上步驟3得到的失準角的精確估計值對?'進行修正，得到較精確
的α;
[0011]步驟5:利用以上步驟4得到的Cib,結合Cni求解捷聯(lián)矩陣的初始值cnb，實現(xiàn)極區(qū)動基座對準。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點主要體現(xiàn)在:
[0013]選用慣性系下的卡爾曼濾波對準作為極區(qū)動基座對準方案，可以避免由羅經(jīng)效應引起的緯度升高對初始對準產(chǎn)生的不良影響，因為該對準方法是利用重力加速度與方位失準角的耦合φi Xgi來實現(xiàn)的，不存在羅經(jīng)效應。再者，以慣性系作為SINS的解算參考基準并綜合GPS輔助信息，可以有效的隔離載體角速度和線運動帶來的干擾的影響，實現(xiàn)SINS動基座對準。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明慣性系下卡爾曼濾波對準的流程圖。
[0015]圖2為本發(fā)明緯度為89°時橫搖誤差角的仿真曲線。
[0016]圖3為本發(fā)明緯度為89°時縱搖誤差角的仿真曲線。
[0017]圖4為本發(fā)明緯度為89°時航向誤差角的仿真曲線。
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]步驟1:根據(jù)SINS的基本原理建立慣性系下極區(qū)動基座對準的誤差模型，模型包括失準角方程和速度誤差方程
[0020](1)失準角方程
[0021]這里的失準角#是指計算慣性系i'與理想慣性系i之間的誤差角，誤差角方程建立過程如下:
[0022]a)計算慣性系i '、理想慣性系i與載體系b之間的轉換矩陣Cl'、Ch的微分方程分別為:
[0023][0024]
【權利要求】
1.一種艦船捷聯(lián)慣導系統(tǒng)極區(qū)動基座對準方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)SINS的基本原理建立慣性系下極區(qū)動基座對準的誤差模型，模型包括失準角方程和速度誤差方程； 步驟2:利用步驟I得到的誤差模型，以速度誤差、失準角、陀螺常值漂移和加速度零偏為狀態(tài)量，建立狀態(tài)方程；以慣性系下SINS解算的速度和GPS測得的慣性系下的速度的差值作為量測量，建立量測方程；狀態(tài)方程和量測方程構成極區(qū)動基座對準的卡爾曼濾波模型； 步驟3:利用步驟2得到的卡爾曼濾波模型，根據(jù)卡爾曼濾波基本方程對狀態(tài)量進行估計； 步驟4:利用步驟3得到的失準角的精確估計值對Cf進行修正，得到較精確的 步驟5:利用步驟4得到的Q,結合c:求解捷聯(lián)矩陣的初始值?，實現(xiàn)極區(qū)動基座對準。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中速度誤差方程的建立:以慣性系下SINS解算的速度和GPS測得的慣性系下的速度之差作為速度誤差即SVi=Vi, -Vi,并忽略地球自轉角速率誤差δ ω、和重力加速度誤差Sgi得如下速度誤差方程
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中以速度誤差、失準角為狀態(tài)量，并將SINS的陀螺漂移和加速度零偏進行建模擴充為狀態(tài)變量；把慣性系下SINS解算的速度和GPS測得的慣性系下的速度的差值作為觀測量建立卡爾曼濾波的數(shù)學模型如下::(<x).fX O3x3 C；1 Fe； O3,3 oM §?￥vt；
【文檔編號】G01C21/16GK103791918SQ201410046224
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權日:2014年2月10日
【發(fā)明者】高偉, 葉攀, 奔粵陽, 許偉通, 韓子龍, 王剛, 楊祥龍, 趙立莎, 李敬春, 劉新源 申請人:哈爾濱工程大學