[发明专利]一种基于粒子滤波的惯性导航系统初始对准方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，是一种用于惯性导航系统的初始对准方法，适用于惯性导航系统工作前的静基座自主初始对准。

背景技术

惯性导航系统初始对准的目的是在惯性导航系统进入导航工作状态之前，建立起惯性导航系统载体坐标系相对于某个参考坐标系的姿态关系的过程。初始对准误差是惯性导航系统的主要误差源之一，直接影响着惯性导航系统的工作精度，同时初始对准时间是反映武器系统快速反应能力的重要战术指标。较高的对准精度往往需要较长的对准时间，解决对准精度和对准速度的矛盾是惯性导航系统初始对准研究与发展的重要方向。

惯性导航系统自主对准的困难是系统不完全可观，初始对准的结果很大程度上依赖于系统状态的可观性。当可观测矩阵的秩相同时，卡尔曼滤波的效果并不相同，原因在于系统状态变量的可观测度不同。为了提高系统状态的可观测度，通过加入基座运动的方法进行初始对准能收到较好的效果，如二位置对准。二位置方法能够有效提高系统状态的可观测度，提高惯性导航系统的初始对准精度、缩短初始对准时间。

粒子滤波是一种针对非线性非高斯系统的状态估计方法，具有优异的滤波性能。作为解决非线性、非高斯动态系统最优估计的最有效方法之一，粒子滤波已经成为研究的热点。粒子滤波的缺陷在于其计算量对系统维数极其敏感，粒子数量随维数增加呈指数规律增加。常规的初始对准模型采用惯性导航系统的误差方程，系统维数高，不适合粒子滤波的工程应用。

本发明针对常规初始对准模型维数高的特点，基于二位置对准方法提出了一种适用于粒子滤波的二位置非线性初始对准模型，该模型利用二位置方法消除惯性器件的常值误差，因此无需对惯性器件误差进行状态扩展，从而在保证对准精度的前提下降低了初始对准模型的维数。将粒子滤波应用于二位置非线性初始对准模型，能够提高初始对准的精度和速度，满足粒子滤波在工程实际中的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种惯性导航系统初始对准的方法，该方法可以实现惯性导航系统的高精度快速静基座自主初始对准。

技术方案：本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明是一种基于粒子滤波的惯性导航系统初始对准方法，其特征在于包括下列步骤：

1)建立基于二位置的水平姿态角计算模型；

2)建立基于二位置的航向角计算模型；

3)建立基于二位置的非线性初始对准模型；

4)构建用于初始对准的高斯粒子滤波器；

5)由导航计算机，采集惯性器件输出信息，并完成初始对准滤波。

优选地，所述水平姿态角计算模型的建立方法如下：

开始静基座初始对准时，惯性导航系统具有一定的姿态角：俯仰角为θ，横滚角为γ，航向角为ψ，则加速度计输出为：