[发明专利]一种基于惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法

说明书

技术领域

本发明公布了一种基于惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法，属于导航技术领域。

背景技术

惯性导航系统的导航精度受到导航初始误差和器件误差的综合影响，因此在惯性导航系统正式工作之前必须对系统进行调整，以保证导航计算机在正式工作时有精确的初始条件，如初始速度、初始位置和初始姿态等，这些工作称为惯导系统的初始化过程。

一般意义上的惯导自对准依靠陀螺和加速度计输出进行姿态初始对准，但其需要GNSS（全球卫星导航系统）等外部方式提供载体的初始地理位置。但是在恶劣环境下，利用GNSS进行定位可靠性不高，无法保证安全性。而以天体测量技术为基础的天文导航方式，利用星敏感器对恒星进行观测，具有直接、自然、精确等优点，自主性强，抗干扰能力强，可靠性高，目前广泛应用于航海、航空及航天领域。所以惯性/天文组合导航系统是一种高可靠高自主的导航系统。

在缺少GNSS提供的初始位置的情况下，采用惯性/天文互助的方式，利用IMU（惯性测量单元）输出信息进行水平姿态自对准，结合星敏感器的定位完成惯性导航系统的完全初始化过程：首先采用传统的惯导粗自对准方法进行初始水平姿态的确定，同时为天文导航提供高精度的水平基准；在此基础上利用天文导航系统的高度差定位原理完成位置信息初始化；得到初始位置后，结合陀螺和加速度计输出完成惯导系统的姿态粗对准及精对准过程；并根据精对准过程中估计得到的加速度计器件误差，对加速度计输出进行修正以提高加速度计精度，再次进行水平对准过程，进行多次迭代，提高最终的惯导系统初始化精度。

发明内容

本发明提出了一种基于惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法，可以减少惯性导航系统初始化过程中对GNSS等外部辅助的依赖性，实现载体初始地理位置未知情况下的惯性导航系统初始化，为捷联惯导的解算过程提供高精度的初始信息。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法，包括以下步骤：

步骤一、利用惯导系统的加速度计输出进行水平自对准，得到水平基准，利用该水平基准，根据天文导航的高度差定位原理进行天文定位，得到载体的初始位置信息；

步骤二、结合步骤一得到的初始位置信息，完成惯导系统的姿态自对准，包括粗对准和精对准两个步骤，得到初始姿态及陀螺、加速度计的器件误差估计值；

步骤三、根据步骤二估计得到的加速度计误差估计值，对惯导加速度计输出作修正，并以得到的修正结果作为加速度计的输出信息，然后重复步骤一，以此方法进行迭代，具体迭代次数依据本次定位结果和上次定位结果的差小于一个阈值来确定。

所述步骤一中，得到载体的初始位置信息的具体步骤如下：

步骤A、在惯导系统开始工作后，获取加速度计输出信息，然后根据惯导水平粗对准原理得到载体的初始水平姿态角；

步骤B、在步骤A所得到的水平基准的基础上，根据天文导航的高度差定位原理，建立天文导航定位模型，利用星敏感器观测恒星，根据其输出的高度角信息，得到载体初始地理位置。

所述步骤二中，得到初始姿态及陀螺、加速度计的器件误差估计值的具体步骤如下：

步骤a、由天文定位得到的初始地理位置，结合惯导系统陀螺和加速度计的输出，按照惯导系统的粗对准原理进行初始姿态的粗对准，得到姿态角信息，作为精对准的初值；

步骤b、建立惯导系统精对准模型，采用多位置对准方法，将速度信息作为观测量，利用卡尔曼滤波方法对惯导的平台误差角及陀螺、加速度计的器件误差进行估计，再根据估计出的平台误差角得到载体的初始姿态矩阵。

本发明的有益效果如下：

惯性/天文组合导航系统是一种不易受干扰的自主导航系统，本发明提出的方法可以让惯性/天文组合导航系统在初始位置未知的情况下完成惯性导航系统全自主地初始化，提高导航系统的安全性及可靠性，为惯导系统提供高精度的初始信息。

附图说明

图1为惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法示意图。

图2(a)为横滚角误差估计曲线图；图2(b)为俯仰角误差估计曲线图；图2(c)为航向角误差估计曲线图。

图3(a)为X轴加速度计误差估计曲线图；图3(b)为Y轴加速度计误差估计曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。