[发明专利]一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法

权利要求书

1.一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、定义坐标系：n系为导航坐标系，采用当地地理坐标系ENU；e系为地球坐标系；在初始对准起始时刻，将e系在惯性空间内凝固成为i₀，i₀′为计算惯性凝固坐标系；p系为载体坐标系；i_p0系为载体惯性凝固坐标系；在初始对准起始时刻，将p系在惯性空间凝固成为i_p0；

步骤2、将p系到n系的姿态矩阵分解，并逐级求解；

式中，为i₀系到n系的姿态矩阵；为i₀'系到i₀系的姿态矩阵；为i_p0系到i₀'系的姿态矩阵；为p系到i_p0系的姿态矩阵；

步骤3、设计精对准卡尔曼滤波器；

步骤4、设定滤波观测量Z；

其中，

式中，由加速度计和陀螺输出解算求得；由重力信息计算；g为重力；ω_ie为地球自转角速度；

步骤5、利用步骤3设计的精对准卡尔曼滤波器和步骤4设定的观测量精完成精对准。

2.根据权利要求1所述的一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：

(1)计算并在精对准过程保持更新；

式中：λ＝Ω(t-t₀)为因地球自转随时间变化的角度，Ω为地球自转角速度；为当地纬度；

(2)计算使用基于重力信息的双矢量定姿进行粗对准，得到的估计值

(3)计算并利用陀螺输出信息使用旋转矢量算法更新对应四元数并在精对准过程保持更新；

式中，为p系到i_p0系的四元数；为陀螺输出角速率；使用陀螺输出信息计算。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤包括：

(1)建立离散Kalman滤波的基本方程为：

式中，Φ_k,k-1为离散化的一步状态转移矩阵；为状态估计值；P_k为估计的均方误差；Q_k为系统噪声方差阵；K_k为滤波增益；H_k为观测矩阵；

(2)构造12维状态矢量X：

式中，为i₀系误差角；为i₀速度误差；ε^p为陀螺常值漂移；为加速度计零位；

(3)建立12维状态空间方程：

其中，A(t)、G(t)分别为t时刻状态矩阵和系统噪声驱动矩阵；f^p为加速度计输出；W为正态分布的高斯白噪声；

(4)采用速度匹配算法，建立观测方程为：

Z＝HX+V

式中，观测量噪声序列V～N(0,R)；

观测矩阵H为H＝[0_3×3 I_3×3 0_3×3 0_3×3]；

(5)设置卡尔曼滤波器参数

状态方差初始值P₀为：

P₀＝diag{(5°)²(5°)²(5°)²(2m/s)²(2m/s)²(2m/s)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(1mg)²(1mg)²(1mg)²}

系统噪声序列协方差Q为：

Q＝diag{(0.02°/h)²(0.02°/h)²(0.02°/h)²(1mg)²(1mg)²(1mg)²}

观测噪声协方差R为：

R＝diag{(0.1m/s)²(0.1m/s)²(0.1m/s)²}。

4.根据权利要求3所述的一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，其特征在于：所述步骤5的具体步骤包括：

(1)使用基于重力信息的双矢量定姿进行粗对准，得到的估计值

(2)选取卡尔曼滤波状态初值为0，估计均方误差初值P₀、系统噪声序列协方差Q，观测噪声协方差R；

(3)更新和

(4)计算滤波观测量Z；

(5)计算状态估计

(6)判断精对准时间是否结束，如果已经结束则转到步骤5的第(7)步，未结束则继续步骤5的第(3)步；

(7)卡尔曼波状态估计提取出i₀′系相对于i₀系存在小角度误差转换为

(8)利用步骤2中p系到n系的姿态矩阵公式得到姿态矩阵，完成精对准，从而完成初始对准。