本發(fā)明涉及一種激光陀螺航海慣導(dǎo)定位方法，特別是一種冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法，屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)借助旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了慣性器件確定性誤差的補(bǔ)償，進(jìn)而提高了慣性導(dǎo)航的精度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了廣泛研究，以滿足各類艦艇對(duì)長(zhǎng)航時(shí)高精度導(dǎo)航定位的需求。以美國(guó)為代表的北約國(guó)家，其海軍的各類艦艇普遍安裝了單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)，主要的代表產(chǎn)品為：mk39系列、mk49系列，an/wsn-7系列。單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)一般繞方位軸周期性地旋轉(zhuǎn)，可以調(diào)制水平方向陀螺漂移及加速度計(jì)零偏對(duì)導(dǎo)航定位的影響，但是不能調(diào)制方位陀螺漂移的影響，其會(huì)造成與導(dǎo)航時(shí)間成正比的確定性定位誤差；雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)一般繞方位軸、橫滾軸周期性地旋轉(zhuǎn)，可以調(diào)制三個(gè)激光陀螺漂移及加速度計(jì)零偏對(duì)導(dǎo)航定位的影響，影響雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)定位精度的主要因素是激光陀螺的角隨機(jī)游走造成的隨機(jī)誤差，其會(huì)造成與導(dǎo)航時(shí)間平方根成正比的定位誤差。

出于可靠性方面的考慮，各類艦艇一般冗余配置多套慣導(dǎo)系統(tǒng)，典型情況是一套單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)和兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)冗余配置。相較于單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)而言，雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)可以提供更高精度的定位結(jié)果，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本更高，故障率相對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)而言也更高。激光陀螺航海慣導(dǎo)冗余配置情況下，一般將其中一套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)，剩余的一套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)和單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)只是作為熱備份系統(tǒng)，三套系統(tǒng)間缺少信息融合，缺少有效的協(xié)同定位方法。

無(wú)外界基準(zhǔn)信息時(shí)，從兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)中優(yōu)選出性能更優(yōu)(隨機(jī)誤差更小)的慣導(dǎo)系統(tǒng)往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，缺少有效的評(píng)估方法，實(shí)際工作環(huán)境中兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)間的性能優(yōu)劣并不能保證與經(jīng)驗(yàn)選擇一致；鑒于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的故障率相對(duì)更高，通常將單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)作為最后的導(dǎo)航定位保障系統(tǒng)，但是由于其不能調(diào)制方位陀螺漂移的影響，方位陀螺漂移會(huì)造成與導(dǎo)航時(shí)間成正比的確定性定位誤差，在確保艦艇導(dǎo)航定位可靠性條件下，提高作為艦艇導(dǎo)航定位最后一道安全防線的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的定位精度具有極其重要的意義。

因此，通過(guò)慣導(dǎo)系統(tǒng)間的信息融合實(shí)現(xiàn)協(xié)同定位重點(diǎn)需要解決：1.從兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)中優(yōu)選出性能更優(yōu)(隨機(jī)誤差更小)的慣導(dǎo)系統(tǒng)作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)，確保獲得最優(yōu)的導(dǎo)航定位結(jié)果2.對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移造成的與導(dǎo)航時(shí)間成正比的確定性定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，提高其定位精度，使得即使兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)同時(shí)故障的極端情況發(fā)生，補(bǔ)償過(guò)確定性定位誤差的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)也能提供高精度定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)系統(tǒng)間缺少信息融合和有效協(xié)同定位方法的問(wèn)題，提出了一種冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法。該方法分別建立了單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)與兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的聯(lián)合誤差狀態(tài)方程，以單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)之間扣除桿臂效應(yīng)后的速度、位置差值為觀測(cè)量，通過(guò)卡爾曼濾波對(duì)聯(lián)合誤差狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。由于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)一般繞方位軸、橫滾軸周期性地旋轉(zhuǎn)，可以調(diào)制三個(gè)激光陀螺漂移及加速度計(jì)零偏對(duì)導(dǎo)航定位的影響，影響雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)定位精度的主要因素是激光陀螺的角隨機(jī)游走造成的隨機(jī)誤差，其會(huì)造成與導(dǎo)航時(shí)間平方根成正比的定位誤差。因此，以單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)間的速度、位置差值為觀測(cè)量，隨機(jī)誤差大的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)與單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)通過(guò)聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)的方位陀螺漂移不確定性更大，以此為評(píng)價(jià)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)間相對(duì)性能優(yōu)劣的在線評(píng)估，進(jìn)而優(yōu)選出隨機(jī)誤差更小的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)，不需要外界的基準(zhǔn)信息；隨機(jī)誤差小的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)與單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)通過(guò)聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的方位陀螺漂移的不確定性更小，估計(jì)精度更高，進(jìn)而對(duì)與此方位陀螺漂移估計(jì)值相關(guān)的確定性的定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，提高作為艦艇導(dǎo)航定位最后一道安全防線的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的定位精度。冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法解決了無(wú)外界基準(zhǔn)信息條件下慣導(dǎo)系統(tǒng)間的信息融合問(wèn)題，使得信息利用最大化，對(duì)于提高艦艇惡劣海況環(huán)境下的生存能力具有重大意義。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案是：

冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法，其步驟為：

步驟一：分別確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，聯(lián)合誤差狀態(tài)分別為

x12(t)＝[φe12φn12φu12δve12δvn12δl12δλ12εx1εy1εz1εx2εy2εz2▽x1▽y1▽x2▽y2]^t(1)

x13(t)＝[φe13φn13φu13δve13δvn13δl13δλ13εx1εy1εz1εx3εy3εz3▽x1▽y1▽x3▽y3]^t(2)

其中，x12(t)為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，x13(t)為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，φe12＝φe1-φe2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向姿態(tài)誤差φe1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2東向姿態(tài)誤差φe2的差值，φn12＝φn1-φn2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向姿態(tài)誤差φn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2北向姿態(tài)誤差φn2的差值，φu12＝φu1-φu2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1天向姿態(tài)誤差φu1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2天向姿態(tài)誤差φu2的差值，φe13＝φe1-φe3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向姿態(tài)誤差φe1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3東向姿態(tài)誤差φe3的差值，φn13＝φn1-φn3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向姿態(tài)誤差φn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3北向姿態(tài)誤差φn3的差值，φu13＝φu1-φu3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1天向姿態(tài)誤差φu1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3天向姿態(tài)誤差φu3的差值，δve12＝δve1-δve2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向速度誤差δve1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2東向速度誤差δve2的差值，δvn12＝δvn1-δvn2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向速度誤差δvn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2北向速度誤差δvn2的差值，δve13＝δve1-δve3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向速度誤差δve1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3東向速度誤差δve3的差值，δvn13＝δvn1-δvn3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向速度誤差δvn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3北向速度誤差δvn3的差值，δl12＝δl1-δl2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1緯度誤差δl1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2緯度誤差δl2的差值，δλ12＝δλ1-δλ2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1經(jīng)度誤差δλ1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2經(jīng)度誤差δλ2的差值，δl13＝δl1-δl3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1緯度誤差δl1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3緯度誤差δl3的差值，δλ13＝δλ1-δλ3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1經(jīng)度誤差δλ1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3經(jīng)度誤差δλ3的差值，εx1、εy1、εz1分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，εx2、εy2、εz2分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，εx3、εy3、εz3分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，▽x1、▽y1分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，▽x2、▽y2分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，▽x3、▽y3分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，上標(biāo)t表示轉(zhuǎn)置；

步驟二：分別建立單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)方程，聯(lián)合誤差狀態(tài)方程分別為

其中，系統(tǒng)狀態(tài)矩陣分別為：

ve、vn分別為艦艇的東向速度、北向速度，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度，l為艦艇的緯度位置，h為艦艇的高度，re、rn分別為卯酉圈、子午圈曲率半徑，fe、fn、fu分別為東向、北向、天向比力值，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2和3各自的姿態(tài)矩陣，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2和3各自姿態(tài)矩陣的前兩行前兩列構(gòu)成的子矩陣，0i×j代表i行j列的零矩陣；

系統(tǒng)噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣分別為：

系統(tǒng)噪聲分別為：

分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲；

步驟三：分別建立單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的觀測(cè)方程，觀測(cè)量分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2及3間扣除桿臂效應(yīng)后的速度之差、位置之差，觀測(cè)方程分別為

z12(t)＝hx12(t)+v(t),z13(t)＝hx13(t)+v(t)(12)

其中，

z12(t)＝[δve12δvn12δl12δλ12]^t,z13(t)＝[δve13δvn13δl13δλ13]^t(13)

為觀測(cè)矩陣，v(t)為觀測(cè)噪聲；

z12(t)、z13(t)分別表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間的觀測(cè)量，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的東向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的北向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的東向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的北向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出緯度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的輸出緯度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出經(jīng)度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的輸出經(jīng)度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出緯度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的輸出緯度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出經(jīng)度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的輸出經(jīng)度的差值，i2×2表示二階單位矩陣；

步驟四：確定系統(tǒng)噪聲對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移估計(jì)值的影響，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1).確定聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器對(duì)應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣

扣除安裝關(guān)系引起的桿臂誤差的影響，單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2及3間的速度之差、位置之差理論值應(yīng)為0，可近似為無(wú)觀測(cè)噪聲，無(wú)觀測(cè)噪聲條件下聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器對(duì)應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣p滿足

p＝(i-kh)fpf^t(i-kh)^t+(i-kh)gqg^t(i-kh)^t(14)

其中，k為卡爾曼濾波增益，q為卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣的設(shè)定值，f為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，h為觀測(cè)矩陣，g為系統(tǒng)噪聲矩陣，i為單位矩陣；

2).確定真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣與卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)定值間的關(guān)系為

其中，α為未知標(biāo)量，代表真實(shí)噪聲協(xié)方差矩陣與設(shè)定值之間的差異；若α＞0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣大于其設(shè)定值；若α＜0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣小于其設(shè)定值；若α＝0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣等于其設(shè)定值；

3).確定真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為

4).確定真實(shí)的噪聲協(xié)方差矩陣與卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)定值間的不一致導(dǎo)致的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差所產(chǎn)生的變化δp為

5).確定系統(tǒng)噪聲對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移估計(jì)值的影響

根據(jù)步驟4)中式(16)，如果真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣大于其設(shè)定值，即α＞0，則真實(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差必大于標(biāo)稱的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差；如果真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣小于其標(biāo)稱值，即α＜0，則真實(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差必小于標(biāo)稱的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差；對(duì)于穩(wěn)態(tài)卡爾曼濾波器而言，系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差越小，相應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差越小，相應(yīng)的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差越??；

步驟五：分別根據(jù)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間的系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測(cè)方程進(jìn)行卡爾曼濾波，對(duì)各自的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，以兩個(gè)卡爾曼濾波器穩(wěn)定后單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差為評(píng)價(jià)指標(biāo)完成雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間相對(duì)性能的在線評(píng)估，相同時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差更小的濾波器對(duì)應(yīng)的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高；

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2構(gòu)成的卡爾曼濾波器估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差σ2(εz1)，單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3構(gòu)成的卡爾曼濾波器估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差σ3(εz1)分別為：

每隔固定的時(shí)長(zhǎng)計(jì)算一次單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差，以此為指標(biāo)比較兩個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)隨機(jī)誤差的大??；其中，n為該時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值數(shù)目，為該時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的平均值；

若σ2(εz1)＜σ3(εz1)，則雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高，選擇雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)；

若σ2(εz1)＞σ3(εz1)，則雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高，選擇雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)；

步驟六：以步驟五中估計(jì)得到的標(biāo)準(zhǔn)差更小的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移為最后的估計(jì)值，對(duì)其造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，補(bǔ)償方式為輸出校正；

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差的預(yù)測(cè)補(bǔ)償步驟為：

1).確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)x1(t)為

x1(t)＝[φe1φn1φu1δve1δvn1δl1δλ1]^t(18)

其中，φe1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向姿態(tài)誤差，φn1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向姿態(tài)誤差，φu1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的天向姿態(tài)誤差，δve1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向速度誤差，δvn1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向速度誤差，δl1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的緯度誤差，δλ1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的經(jīng)度誤差；

2).確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程中陀螺漂移、加速度計(jì)零偏構(gòu)成的外界輸入量u1(t)為u1(t)＝[εx1εy1εz1▽x1▽y1]^t；

3).構(gòu)建單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程

其中，

a1(t)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，b1(t)為外界輸入矩陣，g1(t)為系統(tǒng)噪聲矩陣；

為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的陀螺噪聲和加速度計(jì)噪聲構(gòu)成的系統(tǒng)噪聲；

4).離散化單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程(19)得到誤差狀態(tài)預(yù)測(cè)方程為

其中，為系統(tǒng)狀態(tài)x1(t)的離散量，φ1(k)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣a1(t)的離散矩陣，γ1(k)為外界輸入矩陣b1(t)的離散矩陣，為外界輸入量u1(t)的離散量，k、k+1為離散化時(shí)刻，初始時(shí)刻

5).根據(jù)誤差狀態(tài)預(yù)測(cè)方程對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差通過(guò)卡爾曼濾波進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，補(bǔ)償方式為輸出校正。

通過(guò)以上步驟實(shí)現(xiàn)了激光陀螺航海慣導(dǎo)冗余配置情況下：a.從兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)中優(yōu)選出性能更優(yōu)(隨機(jī)誤差更小)的慣導(dǎo)系統(tǒng)作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)，確保獲得最優(yōu)的導(dǎo)航定位結(jié)果b.對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移造成的與導(dǎo)航時(shí)間成正比的確定性定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，提高其定位精度，使得即使兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)同時(shí)故障的極端情況發(fā)生，補(bǔ)償過(guò)確定性定位誤差的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)也能提供高精度定位。通過(guò)慣導(dǎo)系統(tǒng)間的信息融合，實(shí)現(xiàn)了冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)間的協(xié)同定位。對(duì)于單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)和兩套以上雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)冗余配置情況下的協(xié)同定位問(wèn)題，本發(fā)明方法同樣適用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)實(shí)現(xiàn)了無(wú)外界基準(zhǔn)信息條件下，冗余配置的兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)間相對(duì)性能的在線評(píng)估，優(yōu)選出隨機(jī)誤差更小的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)作為主慣導(dǎo)，確保獲得最優(yōu)的導(dǎo)航定位結(jié)果；

2)提高了單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的定位精度，長(zhǎng)航時(shí)條件下即使兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)同時(shí)故障的極端情況發(fā)生，補(bǔ)償過(guò)確定性定位誤差的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)也能提供高精度定位，對(duì)于提高艦艇惡劣海況環(huán)境下的生存能力具有重大意義；

3)冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法解決了無(wú)外界基準(zhǔn)信息條件下慣導(dǎo)系統(tǒng)間的信息融合問(wèn)題，使得信息利用最大化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差曲線對(duì)比圖；

圖3為兩套雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的位置誤差對(duì)比圖；

圖4為協(xié)同定位前后單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的位置誤差對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的流程示意圖，冗余配置激光陀螺航海慣導(dǎo)協(xié)同定位方法，包含以下步驟：

步驟一：分別確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，聯(lián)合誤差狀態(tài)分別為

x12(t)＝[φe12φn12φu12δve12δvn12δl12δλ12εx1εy1εz1εx2εy2εz2▽x1▽y1▽x2▽y2]^t(22)

x13(t)＝[φe13φn13φu13δve13δvn13δl13δλ13εx1εy1εz1εx3εy3εz3▽x1▽y1▽x3▽y3]^t(23)

其中，x12(t)為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，x13(t)為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)，φe12＝φe1-φe2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向姿態(tài)誤差φe1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2東向姿態(tài)誤差φe2的差值，φn12＝φn1-φn2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向姿態(tài)誤差φn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2北向姿態(tài)誤差φn2的差值，φu12＝φu1-φu2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1天向姿態(tài)誤差φu1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2天向姿態(tài)誤差φu2的差值，φe13＝φe1-φe3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向姿態(tài)誤差φe1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3東向姿態(tài)誤差φe3的差值，φn13＝φn1-φn3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向姿態(tài)誤差φn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3北向姿態(tài)誤差φn3的差值，φu13＝φu1-φu3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1天向姿態(tài)誤差φu1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3天向姿態(tài)誤差φu3的差值，δve12＝δve1-δve2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向速度誤差δve1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2東向速度誤差δve2的差值，δvn12＝δvn1-δvn2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向速度誤差δvn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2北向速度誤差δvn2的差值，δve13＝δve1-δve3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1東向速度誤差δve1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3東向速度誤差δve3的差值，δvn13＝δvn1-δvn3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1北向速度誤差δvn1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3北向速度誤差δvn3的差值，δl12＝δl1-δl2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1緯度誤差δl1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2緯度誤差δl2的差值，δλ12＝δλ1-δλ2為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1經(jīng)度誤差δλ1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2經(jīng)度誤差δλ2的差值，δl13＝δl1-δl3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1緯度誤差δl1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3緯度誤差δl3的差值，δλ13＝δλ1-δλ3為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1經(jīng)度誤差δλ1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3經(jīng)度誤差δλ3的差值，εx1、εy1、εz1分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，εx2、εy2、εz2分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，εx3、εy3、εz3分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺常值漂移，▽x1、▽y1分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，▽x2、▽y2分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，▽x3、▽y3分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)常值零偏，上標(biāo)t表示轉(zhuǎn)置；

步驟二：分別建立單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的聯(lián)合誤差狀態(tài)方程，聯(lián)合誤差狀態(tài)方程分別為

其中，系統(tǒng)狀態(tài)矩陣分別為：

ve、vn分別為艦艇的東向速度、北向速度，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度，l為艦艇的緯度位置，h為艦艇的高度，re、rn分別為卯酉圈、子午圈曲率半徑，fe、fn、fu分別為東向、北向、天向比力值，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2和3各自的姿態(tài)矩陣，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2和3各自姿態(tài)矩陣的前兩行前兩列構(gòu)成的子矩陣，0i×j代表i行j列的零矩陣；

系統(tǒng)噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣分別為：

系統(tǒng)噪聲分別為：

分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)坐標(biāo)軸的陀螺噪聲，分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲，分別為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3體坐標(biāo)系下相應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加速度計(jì)噪聲；

步驟三：分別建立單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3間的觀測(cè)方程，觀測(cè)量分別為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2及3間扣除桿臂效應(yīng)后的速度之差、位置之差，本實(shí)施例的觀測(cè)更新周期為1s，觀測(cè)方程分別為

z12(t)＝hx12(t)+v(t),z13(t)＝hx13(t)+v(t)(33)

其中，

z12(t)＝[δve12δvn12δl12δλ12]^t,z13(t)＝[δve13δvn13δl13δλ13]^t(34)

為觀測(cè)矩陣，v(t)為觀測(cè)噪聲；

z12(t)、z13(t)分別表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間的觀測(cè)量，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的東向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的北向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的東向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向輸出速度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的北向輸出速度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出緯度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的輸出緯度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出經(jīng)度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的輸出經(jīng)度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出緯度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的輸出緯度的差值，表示單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的輸出經(jīng)度與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的輸出經(jīng)度的差值，i2×2表示二階單位矩陣；

步驟四：確定系統(tǒng)噪聲對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移估計(jì)值的影響，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1).確定聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器對(duì)應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣

扣除安裝關(guān)系引起的桿臂誤差的影響，單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2及3間的速度之差、位置之差理論值應(yīng)為0，可近似為無(wú)觀測(cè)噪聲，無(wú)觀測(cè)噪聲條件下聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器對(duì)應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣p滿足

p＝(i-kh)fpf^t(i-kh)^t+(i-kh)gqg^t(i-kh)^t(35)

其中，k為卡爾曼濾波增益，q為卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣的設(shè)定值，f為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，h為觀測(cè)矩陣，g為系統(tǒng)噪聲矩陣，i為單位矩陣；

2).確定真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣與卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)定值間的關(guān)系為

其中，α為未知標(biāo)量，代表真實(shí)噪聲協(xié)方差矩陣與設(shè)定值之間的差異；若α＞0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣大于其設(shè)定值；若α＜0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣小于其設(shè)定值；若α＝0表示真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣等于其設(shè)定值；

3).確定真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為

4).確定真實(shí)的噪聲協(xié)方差矩陣與卡爾曼濾波器系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)定值間的不一致導(dǎo)致的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差所產(chǎn)生的變化δp為

5).確定系統(tǒng)噪聲對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)方位陀螺漂移估計(jì)值的影響

根據(jù)步驟4)中式(37)，如果真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣大于其設(shè)定值，即α＞0，則真實(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差必大于標(biāo)稱的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差；如果真實(shí)的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣小于其標(biāo)稱值，即α＜0，則真實(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差必小于標(biāo)稱的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差；對(duì)于穩(wěn)態(tài)卡爾曼濾波器而言，系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的方差越小，相應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差越小，相應(yīng)的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差越小；

步驟五：分別根據(jù)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間的系統(tǒng)狀態(tài)方程、觀測(cè)方程進(jìn)行卡爾曼濾波，對(duì)各自的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，以兩個(gè)卡爾曼濾波器穩(wěn)定后單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差為評(píng)價(jià)指標(biāo)完成雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3間相對(duì)性能的在線評(píng)估，相同時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差更小的濾波器對(duì)應(yīng)的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高；

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2構(gòu)成的卡爾曼濾波器估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差σ2(εz1)，單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3構(gòu)成的卡爾曼濾波器估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)差σ3(εz1)分別為：

每隔4h計(jì)算一次單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差，以此為指標(biāo)比較兩個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)隨機(jī)誤差的大小；其中，n為該時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值數(shù)目，為該時(shí)間段內(nèi)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的平均值；

若σ2(εz1)＜σ3(εz1)，則雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高，選擇雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)；

若σ2(εz1)＞σ3(εz1)，則雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的隨機(jī)誤差更小，定位精度更高，選擇雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3作為主慣導(dǎo)系統(tǒng)；

步驟六：以步驟五中估計(jì)得到的標(biāo)準(zhǔn)差更小的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移為最后的估計(jì)值，對(duì)其造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，補(bǔ)償方式為輸出校正；

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差的預(yù)測(cè)補(bǔ)償步驟為：

1).確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)x1(t)為

x1(t)＝[φe1φn1φu1δve1δvn1δl1δλ1]^t(39)

其中，φe1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向姿態(tài)誤差，φn1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向姿態(tài)誤差，φu1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的天向姿態(tài)誤差，δve1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的東向速度誤差，δvn1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的北向速度誤差，δl1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的緯度誤差，δλ1為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的經(jīng)度誤差；

2).確定單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程中陀螺漂移、加速度計(jì)零偏構(gòu)成的外界輸入量u1(t)為u1(t)＝[εx1εy1εz1▽x1▽y1]^t；

3).構(gòu)建單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程

其中，

a1(t)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，b1(t)為外界輸入矩陣，g1(t)為系統(tǒng)噪聲矩陣；

為單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的陀螺噪聲和加速度計(jì)噪聲構(gòu)成的系統(tǒng)噪聲；

4).離散化單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差狀態(tài)方程(40)得到誤差狀態(tài)預(yù)測(cè)方程為

其中，為系統(tǒng)狀態(tài)x1(t)的離散量，φ1(k)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣a1(t)的離散矩陣，γ1(k)為外界輸入矩陣b1(t)的離散矩陣，為外界輸入量u1(t)的離散量，k、k+1為離散化時(shí)刻，初始時(shí)刻

5).根據(jù)誤差狀態(tài)預(yù)測(cè)方程對(duì)單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差通過(guò)卡爾曼濾波進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償，補(bǔ)償方式為輸出校正。

按照以上步驟進(jìn)行半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本發(fā)明方法的效果。

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1繞方位軸進(jìn)行四位置轉(zhuǎn)停調(diào)制，相對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)零位的停轉(zhuǎn)角度為0°，90°，180°，270°；雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3繞方位軸、橫滾軸進(jìn)行16次序轉(zhuǎn)停，相對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)方向的零位的停轉(zhuǎn)角度為0°，180°。

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1及雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3的噪聲數(shù)據(jù)為三套不同的高精度激光陀螺航海慣導(dǎo)長(zhǎng)期(120h)靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)減去均值所得，可以真實(shí)反映系統(tǒng)的噪聲情況。

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的誤差參數(shù)設(shè)定為：a)水平陀螺漂移分別為0.003°/h、-0.002°/h，方位陀螺漂移為0.0005°/h(激光陀螺漂移設(shè)定值以定位精度優(yōu)于1nm/72h的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)誤差分配方案中對(duì)激光陀螺精度的要求為基準(zhǔn))；b)加速度計(jì)常值零偏分別為2×10^-5g、-4×10^-5g(天向未考慮)。

雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3的誤差參數(shù)設(shè)定為：a)陀螺常值漂移分別為0.004°/h、-0.005°/h、0.003°/h；b)加速度計(jì)常值零偏分別為2×10^-5g、-3×10^-5g(天向未考慮)。

按步驟五中式(38)分別計(jì)算雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3與單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1構(gòu)成的聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器中單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差，待濾波器穩(wěn)定后從第16h開(kāi)始計(jì)算，每隔4h計(jì)算一次。圖2給出了步驟五中兩個(gè)濾波器的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1的方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差曲線，整體呈現(xiàn)σ3(εz1)＞σ2(εz1)的趨勢(shì)，可以判斷雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的隨機(jī)誤差相對(duì)較小。

圖3給出了雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2、3的位置誤差曲線，雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2的隨機(jī)誤差整體小于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)3的隨機(jī)誤差，與雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)間相對(duì)性能在線評(píng)估結(jié)果相一致。

鑒于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)2與單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1通過(guò)聯(lián)合誤差狀態(tài)卡爾曼濾波器估計(jì)得到的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)1方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差更小，以其為最后的估計(jì)值，按步驟六所述，對(duì)其造成的確定性的長(zhǎng)期定位誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償。圖4給出了補(bǔ)償前后的位置誤差曲線，可以看出通過(guò)本發(fā)明中的協(xié)同定位方法，單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)的定位精度得到極大提高，在確保艦艇導(dǎo)航定位可靠性條件下，提高了艦艇惡劣海況環(huán)境下的生存能力。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)當(dāng)視為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。