[发明专利]一种实现陆用惯性导航系统运动对准的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现陆用惯性导航系统运动对准的方法，适用于各类惯性导航系统的初始对准，属于惯性导航系统初始对准技术领域。

背景技术

惯性导航系统是复杂的高精度机电综合系统，由于具有完全自主性的优点而广泛应用于陆海空天领域。惯性导航系统在转入导航状态前需要进行初始对准以提供必要的初始值，依据载体的运动情况划分，对准分为：静基座对准和运动对准。同静基座对准相比，运动对准在缩短对准时间、提高对准精度和机动性等方面具有明显的优势。为实现惯性导航系统在运动过程中的对准，必须引入外部观测信息(包括速度、位置等)。对于陆用车辆而言，通常采用全球定位系统(GPS)作为辅助导航设备来实现惯性导航系统运动对准。

目前已有的GPS辅助惯性导航系统实现运动对准的方法，即传统卡尔曼滤波方法，其原理是根据GPS输出的位置或速度与惯性导航系统的位置或速度之差作为观测量，在惯性导航系统动态误差模型的基础上，采用传统卡尔曼滤波方法对惯性导航系统的误差状态进行估计，对姿态矩阵进行开环或闭环方式反馈，实现运动对准。这种方法的缺点是：在实际应用中，由于车辆的随机振动和行驶环境(如山区、隧道等)的影响，GPS的速度输出带有各种干扰噪声，且干扰信号统计特性不完全已知。对这些受干扰的观测量如果不采取有效的处理方法而直接进行卡尔曼滤波，则不仅会降低当前的估计精度，对于后续的估计效果也会产生影响，严重时会引起滤波发散，导致对准失败。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的不足，提出一种实现陆用惯性导航系统运动对准的方法。本发明的基本原理是：在惯性导航系统动态误差模型和观测方程的基础上，以GPS输出速度作为观测量，采用卡尔曼滤波对载车的加加速度进行估计，并判别GPS速度输出是否为野值。若GPS速度输出为野值，采用卡尔曼滤波平滑方法对当前状态进行递推；否则，采用主、从卡尔曼滤波器来实现惯性导航系统状态和噪声统计特性的同步估计，主滤波器对惯性导航系统的状态进行估计，其新息和方差作为从滤波器的观测量；从滤波器对主滤波器观测噪声的均值和方差进行估计，估计结果为下一次主滤波器的滤波提供噪声特性输入；从而实现陆用惯性导航系统的运动对准。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种实现陆用惯性导航系统运动对准的方法，包括如下步骤：

步骤一、建立包括位置误差、速度误差、失准角和惯性器件误差漂移的惯性导航系统动态误差模型；动态误差模型为φ角误差方程或ψ角误差方程；

在东北天坐标系下，动态误差模型表示如公式1所示。

x·(t)=F(t)x(t)+w(t)---(1)]]>

式中，t为时间值，是正实数；x(t)表示惯性导航系统动态误差模型的状态向量，由位置误差δP、速度误差δVⁿ、失准角陀螺仪零偏ε_g和加速度计零偏组成；w(t)表示惯性导航系统动态误差模型的系统噪声；F(t)为转移矩阵；表示惯性导航系统动态误差模型的状态向量的变化量。

对该动态误差模型进行离散化处理，可得：

x_k＝F_k-1x_k-1+w_k                        (2)

式中，k表示时间值，为正整数；F_k-1表示离散化的惯性导航系统的一步转移矩阵，x_k为离散化后的k时刻惯性导航系统的状态向量，w_k表示k时刻的惯性导航系统动态误差模型的系统噪声，是均值为零，方差为Q的白噪声序列，Q值根据实际应用环境人为设定，Q为正实数。