[发明专利]一种基于嵌入式处理器的捷联惯导逆序滤波设计方法

说明书

本发明涉及一种基于嵌入式处理器的捷联惯导逆序滤波设计方法，首先将正常惯性解算和卡尔曼正序滤波估算置于中断实时响应任务中，通过固定周期晶振信号控制执行；其次，将逆序惯性解算和卡尔曼逆序滤波估算置于系统调用主任务中循环执行；最后，设计一个控制条件完成正序、逆序运算以及达到同步的任务调用和时序控制。本发明通过中断触发、时序控制和主任务调度设计，在嵌入式处理器中实现捷联惯导的逆序滤波方法，使得卡尔曼滤波器在5min以内能够收敛，从而使捷联惯导快速对准精度获得较大提高。

技术领域

本发明属于捷联惯性导航系统的嵌入式程序设计领域，具体涉及一种在嵌入式处理器中通过中断触发、时序控制和主任务调度设计，实现捷联惯导逆序滤波方法的新技术。

背景技术

现代作战对惯导系统的精度和对准时间要求越来越高，大部分武器已需要惯导系统冷启动并在5min内完成高精度快速对准，而目前的高精度捷联惯性导航系统多采用惯性粗、精对准和卡尔曼滤波器组合估计来完成对准操作，在5min时间内卡尔曼滤波器很难收敛，从而导致对准精度无法满足指标要求。为了实现卡尔曼滤波器估计误差的收敛，可以使用逆序滤波方法来满足卡尔曼滤波器的估计样本和迭代次数，然而逆序滤波方法是在对准结束前，对所有历史采样数据进行逆序回溯估算，同时系统正常的实时计算需同步进行，并且在逆序计算完成后需要追赶上系统正常的实时计算并使用滤波器估计出的系统误差，最终完成系统的对准过程。这就需要将对准时刻的所有采样数据进行保存，并且在对准结束时较短的时间内迅速完成计算量巨大的逆序滤波运算，还要保证实时计算任务和逆序滤波任务同步进行，不能影响正常惯性解算。目前这一过程难以在惯性系统的嵌入式处理器中实现，仅存在离线数据仿真和数据积累后的辅助验证阶段，因而对实际惯性系统应用中的作用无法体现。针对上述问题，本发明基于现有捷联惯导系统普遍使用的嵌入式处理器，设计了一种逆序滤波实现方法，从而解决了捷联惯导系统高精度快速对准问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在嵌入式处理器中实现捷联惯导逆序滤波方法，完成卡尔曼滤波器5min以内的收敛，从而提高捷联惯导快速对准精度。

嵌入式处理器程序一般由主任务和实时中断任务组成，实时中断任务由外部硬件信号周期产生，优先级高，可以打断主任务的执行；主任务由系统自动调用，不断循序执行，并具有现场保护功能，被中断打断后待其执行完毕可恢复现场继续执行。捷联惯导解算常见的使用方式是通过实时中断响应周期性触发，按照先后时序执行系统惯性解算和滤波估计。逆序滤波方法需要在对准结束前对对准期间的历史采样数据进行卡尔曼滤波器的逆序回溯估算，同时正常的系统解算实时进行，并且在回溯计算完成后进行正序追赶直至达到系统正常的实时计算，追赶计算完成后可使用卡尔曼滤波器估计的误差对系统姿态进行校正，最终完成对准过程。在对准结束前快速实现逆序滤波回溯和追赶计算，需要占用处理器大量的资源，同时为了不影响正常实时解算，需要合理的调用主任务和实时中断任务方可实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式处理器的捷联惯导逆序滤波设计方法，首先将正常惯性解算和卡尔曼正序滤波估算置于中断实时响应任务中，通过固定周期晶振信号控制执行；其次，将逆序惯性解算和卡尔曼逆序滤波估算置于系统调用主任务中循环执行；最后，设计一个控制条件完成正序、逆序运算以及达到同步的任务调用和时序控制。

具体步骤如下：

(1)通过硬件晶振产生周期固定的中断触发信号，嵌入式处理器的中断服务程序实时响应该周期信号，建立中断实时响应任务；

(2)将逆序滤波运算部分分为回溯计算和追赶计算两部分，回溯计算包括对开始逆序之前对准数据的惯性解算和卡尔曼逆序滤波估算，追赶计算包括对回溯至对准开始点后折回直至追赶上实时惯性解算的对准数据的惯性解算和卡尔曼逆序滤波估算，逆序滤波开始后先执行回溯计算部分，再执行追赶计算部分；

(3)设计一个控制卡尔曼正序滤波估算执行和逆序滤波运算部分执行的条件m，m共有4个值，分别是：