[发明专利]一种自适应H∞滤波的运动学约束捷联惯性导航方法

说明书

本发明公开了一种自适应H_∞滤波的运动学约束捷联惯性导航方法，主要步骤包括：定义解算所需的坐标系，根据捷联惯性导航系统状态和载体运动学约束条件选取状态量和量测量，建立运动学约束H_∞滤波模型，利用滑动窗口内的滤波新息构造自适应H_∞滤波方法，估计出速度误差并对系统进行修正，完成运动学约束惯性导航。本发明能够在不增加传感器且不影响捷联惯性导航系统隐蔽性等其他优点的基础上，有效提高捷联惯性导航系统导航精度。

技术领域

本发明属于导航技术领域，特别涉及一种自适应H_∞滤波的运动学约束捷联惯性导航方法。

背景技术

捷联式惯性导航系统具有自主性强、隐蔽性好、体积小、结构简单、易于维护等优点，在航天、车载、航海领域都得到了广泛应用。如何在保留捷联式惯性导航系统优点的基础上，提高导航精度是急需解决的关键问题。

运动学约束惯性导航是一种无需增加传感器，利用自身运动学特征的导航方法，目前运动学约束惯性导航方法都采用了卡尔曼滤波技术，卡尔曼滤波通常需要测量噪声的功率谱密度和精确的系统模型来最小化状态估计误差的方差，但实际系统的噪声统计特性不准确，系统模型也有一定的不确定性，因此在实际系统中卡尔曼滤波的很难达到理想的估计精度。随着H_∞控制理论的出现，不对信号频谱特性做任何假设且具有更优鲁棒性的H_∞滤波方法发展起来，H_∞滤波将H_∞范数引入滤波问题，使构建的滤波器从干扰输入到滤波误差输出的H_∞范数最小化，这种滤波方法能使最坏干扰情况下的估计误差最小，但传统的H_∞滤波性能受限于初始设定的滤波参数。

发明内容

发明目的：针对上述缺陷，本发明提供一种能够在不增加传感器且不影响捷联惯性导航系统隐蔽性等其他优点的基础上，有效提高捷联惯性导航系统导航精度的自适应H_∞滤波的运动学约束捷联惯性导航方法。

技术方案：本发明提出一种自适应H_∞滤波的运动学约束捷联惯性导航方法，包括如下步骤：

(1)定义解算所需的坐标系并选取滤波状态量和量测量；

(2)建立运动学约束H_∞滤波模型；

(3)利用滑动窗口内的滤波新息构造自适应H_∞滤波方法。

进一步的，所述步骤(1)中定义解算所需的坐标系并选取滤波状态量和量测量的具体步骤如下：

坐标系选择如下：

n系—导航坐标系，x轴、y轴和z轴分别指向载体所在地理位置的东北天方向；

b系—载体坐标系，x轴、y轴和z轴分别指向载体的右前上方向；

根据捷联惯性导航系统状态和载体运动学约束条件选取状态量和量测量；选取系统状态量为：

式中：δv_E，δv_N分别为捷联惯性导航系统东向、北向速度误差；φ_E，φ_N，φ_U分别为系统东向、北向和天向失准角误差；分别为载体坐标系x轴，y轴方向的加速度计常值偏置；ε_x，ε_y，ε_z分别为载体坐标系x轴、y轴和z轴方向的陀螺随机常值漂移；[·]^T表示矩阵转置；X为系统状态量组成的列向量；

选取系统量测量为：

y＝[δv_x,δv_z]^T