[发明专利]一种基于非线性滤波的电控罗经初始对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及电控罗经、平台罗经、惯性导航系统等设备(以下统称“陀 螺导航设备”)中的初始对准等技术问题，具体是指一种基于非线性滤波 的电控罗经初始对准方法。

背景技术

陀螺导航设备在启动进入正常工作前，首先处于准备和初始对准状 态。初始对准是建立导航装备所必须的初始条件，如初始位置、初始速度、 平台的初始姿态角误差等。舰艇的速度和位置是经过积分计算得到的，这 就要给出初始条件V_x0、V_y0、λ₀。因为在码头启动，初始V_x0、V_y0为 零，λ₀可以有已知测量点给出，或者用无线电定位仪等给出，但精度 要满足要求应在几十米之内。初始对准可以利用陀螺导航设备本身惯性元 件敏感失调角信号对系统进行校准，设计一个合理的初始对准方案，尽量 减小误差满足使用要求是十分必要的。对准精度和对准的时间是进行初始 对准时的两项重要技术指标。初始对准精度影响惯导系统的性能，初始对 准时间标志着快速反应能力，因此要求初始对准精度高、对准时间短，即 精而快。为了达到这一要求，要有符合实际系统的初始对准误差模型和相 应的初始对准滤波估计方法。

实际系统总是存在不同程度的非线性，有些系统可以近似看成线性系 统，但大多数系统则不能仅用线性微分方程描述，其中的非线性因数不能 忽略，或为了更好地分析综合结果，必须应用反映实际系统的非线性数学 模型，对随机非线性系统滤波问题应运而生。

实际陀螺导航设备中不可避免地存在大量的随机噪声，频域内的高 通、低通、带通等传统滤波方法对此无能为力。后来学者提出了通过计算 功率谱来消除随机噪声的维纳滤波方法。虽然维纳滤波方法对随机白噪声 有效，但是该方法的计算量大，对稍复杂的系统无法实时适用。1960年， 卡尔曼提出了以状态空间法和矩阵运算为基础的卡尔曼滤波算法，它为时 域递推最优滤波提供了强有力的工具，它采用时域递推算法，不须存储时 间过程中的量测量，因而卡尔曼滤波在导航、通讯、遥感等各个领域得到 广泛应用。但是卡尔曼滤波只能处理线性系统。为解决工程实际中的非线 性问题，后来学者又提出了改进的卡尔曼滤波算法EKF(Extended Kalman Filter扩展卡尔曼滤波)，但还是存在不足。到目前为止，虽然对EKF 有众多的改进方法，如高阶截断EKF，迭代EKF等。但是，EKF的线性化 误差降低了模型的准确性，随时间的延长，精度难以保证，有时甚至发散， 这些缺陷仍然难以克服，所以各国导航界专家一直在努力研究新的更有效 的非线性降噪处理方法。为此，利用基于统计非线性变换的UKF方法，为 解决导航领域非线性问题开辟新的技术途径。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景的不足，提出一种基于非线性滤波 的电控罗经初始对准方法，以达到提高初始对准精度和快速对准时间的实 际操作效果。

针对上述目的，本发明所提出的方法依据电控罗经中陀螺和加速度的 特性，建立电控罗经初始对准的UKF非线性误差模型，有效地得到系统随 机噪声的最优估计，保证补偿的精度，缩短启动时间，其具体方法是：

1)电控罗经非线性初始对准模型的建立