[发明专利]动基座下车载捷联惯导系统自对准方法

权利要求书

1.一种动基座下车载捷联惯导系统自对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获得捷联惯导系统所在地理位置信息，其中地理位置信息包括经度λ、纬度重力加速度g；

步骤2，利用经度、纬度、重力加速度信息及惯性器件输出信息，采用凝固坐标系，利用多矢量定姿方法进行粗对准，求得初始姿态矩阵；

步骤3，根据捷联惯性系统误差方程及惯性器件误差方程构建kalman滤波状态方程和量测方程；

步骤4，设计混合校准kalman滤波方法估计系统误差量和惯性器件误差量并修正，实现精对准过程，完成初始对准；所述步骤4包括步骤41和步骤42，其中：

步骤41，设计混合校准kalman滤波方法：

输出校准采用公式(16)中的kalman滤波方程：

其中，表示一步预测估计值；/表示X_k的状态估计值；K_k为k时刻的增益矩阵；P_k,k-1表示一步预测估计方差阵；P_k-1表示状态估计方差阵；R_k表示量测噪声方差阵；Q_k-1表示系统噪声方差阵；

具有反馈控制的系统状态方程和量测方程为：

对应的滤波方程为：

将控制矢量U_k-1选取为：

反馈校准的滤波方程为：

步骤42，精对准过程误差姿态误差修正：

姿态捷联矩阵修正如下：

其中，

kalman滤波估计出失准角φ_e、φ_n、φ_u后，通过混合校准方法对姿态矩阵进行校准，精确确定出载体姿态，完成自对准过程。

2.如权利要求1所述的动基座下车载捷联惯导系统自对准方法，其特征在于，所述步骤2中，初始姿态矩阵分解为以下公式(1)中的形式：

其中，

为地理坐标系e系与导航坐标系n系之间的变换矩阵，表示载体与地球的相对位置；

为地心惯性坐标系i系与地理坐标系e系之间的变换矩阵，反映了载体的自转，/由时间间隔Δt＝t-t₀确定；

记录了载体坐标系b系与载体惯性凝固坐标系i_b0系之间的姿态变化信息；

为载体惯性凝固坐标系i_b0系与地心惯性坐标系i系之间的变换矩阵。

3.如权利要求2所述的动基座下车载捷联惯导系统自对准方法，其特征在于，

/

其中，记录了载体坐标系b系与载体惯性凝固坐标系i_b0系之间的姿态变化信息，表示载体坐标系b系相对于地心惯性坐标系i系的载体运动角速度在载体坐标系b系内的投影，/为向量/构造的叉乘反对称矩阵；

计算过程包括：

选择m个时刻的速度作为参考矢量，构造公式(5)中的目标函数：

其中，

公式(7)中，f^b为加速度计输出；

整理变形公式(5)得：

L(C)＝L'-tr(CB^T) (8)

其中，且与B无关；/是使L取最小值的正交矩阵C；

对B进行奇异值分解，得：

B＝USV^T (9)

式(9)中，U和V为正交矩阵；S＝diag(s₁,s₂,s₃)，s₁≥s₂≥s₃；

求得：

4.如权利要求1或2所述的动基座下车载捷联惯导系统自对准方法，其特征在于，所述步骤3中，捷联惯性系统误差方程及惯性器件误差方程如下：

/

其中，δv_e、δv_n、δv_u分别为惯导系统东向、北向、天向速度误差；φ_e、φ_n、φ_u分别为俯仰、横滚、方位角误差；τ_a为加速度计零偏相关时间；ε为陀螺的零漂；τ_g为陀螺零漂相关时间；ω_ie为地球自转角速度；R_M为地球纬度圈半径，R_N为地球经度圈半径；w_a和w_g分别为加速度计和陀螺仪零均值的白噪声；

根据捷联惯导系统误差方程，建立系统状态方程为：

其中，A(t)为状态转移矩阵，由式(11)得到；略去惯性器件的刻度系数误差和安装误差，又因为惯性器件偏置量的重复性误差对系统精度的影响最大，因此将陀螺漂移和加速度零偏的随机常数部分列入状态，则滤波状态矢量及系统噪声分别为：

假设载体位置不变，且已经精确已知，选取位置误差作为观测量，则量测方程：

其中，分别为捷联惯导系统解算的经纬度值；V为量测白噪声，H为量测矩阵，H＝[I_2×2 0_2×12]；

将式(12)和式(15)进行离散化，得到系统离散化的kalman滤波状态方程和量测方程。