[发明专利]一种惯性导航系统精对准方法

说明书

本发明公开了一种惯性导航系统精对准方法，包括初始化INS/GPS系统；采集INS和GPS的输出数据；对惯性组件输出进行导航解算，以位置误差为观测量，INS导航误差为状态量，进行卡尔曼滤波时间更新；根据时间更新结果计算新息二阶矩，与判决条件进行比较，当满足判决条件时，使用自适应因子计算k时刻量测噪声阵，否则，基于Allan方差估计k时刻量测噪声阵；依据k时刻量测噪声阵进行卡尔曼滤波量测更新，对INS导航误差进行估计，补偿INS失准角，提高初始对准精度。本发明解决了受工况影响测量噪声发生变化时姿态角估计不准确问题，消除了由变化测量噪声引起的初始对准误差，提高INS定位精度。

技术领域

本发明属于惯性技术领域，涉及一种惯性导航系统精对准方法，特别是一种基于新息检测进行自适应方法调整的惯性导航系统精对准方法。

背景技术

初始对准是为惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)提供初始姿态角，对准精度和对准时间是影响INS系统后续工作性能的两项重要指标。初始对准分粗对准和精对准两个阶段：粗对准阶段粗略估计初始姿态角；精对准在粗对准基础上提高对准精度，因此初始对准最终精度主要与精对准精度有关。基于GPS辅助的INS精对准方法以GPS位置信息为基准，获取INS位置误差，根据INS误差模型，通过卡尔曼滤波对INS姿态角校正。然而，受工况影响，INS测量噪声统计特性随时间发生变化，导致卡尔曼滤波的量测噪声阵不适用，影响卡尔曼滤波性能，降低INS失准角的估计精度，进而影响INS初始对准精度。

授权号为CN107479076B的中国发明专利在2017年8月8日公开的《一种动基座下联合滤波初始对准方法》中，提出了一种根据失准角判决门限实现无迹卡尔曼滤波和卡尔曼滤波算法切换的INS初始对准方法，缩短了对准时间。公开号为CN112857398A的中国发明专利在2021年05月28日公开的《一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法》中，对初始对准误差模型进行了改进，利用四元数无味估计器进行滤波估计，提升对准精度。《武汉大学学报·信息科学版》期刊2020年45卷7期，由查峰等人撰写的《一种改进的捷联惯导参数辨识初始对准方法》一文中，采用泰勒展开方式对地球自转角的三角函数进行高阶近似，减少因地球自转角的正弦函数一阶近似对参数辨识模型的影响，提高初始对准精度。《中国惯性技术学报》期刊2020年28卷6期，由徐博等人撰写的《基于粒子群优化的舰船捷联惯导初始对准方法》一文中，提出了一种基于惯性系的粒子群算法优化方法，降低舰船基座摇摆对对准性能影响，提高航向角误差收敛速度，缩短对准时间。《IEEE TRANSACTIONS ONINSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》期刊2020年69卷10期，由Yusen Lin等人撰写的《AnImproved MCMC-Based Particle Filter for GPS-Aided SINS In-Motion InitialAlignment》一文中，提出了一种改进的基于马尔科夫链蒙特卡罗的粒子滤波算法，通过避免粒子滤波中的粒子退化和粒子贫化现象，提高滤波精度，减少计算量，缩短对准时间。《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》期刊2020年70卷，由Xiaoren Zhou等人撰写的《A Robust Quaternion Kalman Filter Method for MIMU/GPSIn-Motion Alignment》一文中，提出了一种新的鲁棒四元数卡尔曼滤波算法，消除GPS异常值对对准精度的影响。以上技术都通过改进滤波模型或改变滤波方法的角度，提高初始对准精度、缩短对准时间，增加了算法的复杂度。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种基于新息检测进行自适应方法调整的惯性导航系统精对准方法，解决测量噪声发生变化情况下的姿态角估计不准确问题,消除由变化测量噪声引起的初始对准误差。

为解决上述技术问题，本发明的一种惯性导航系统精对准方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化INS/GPS组合系统；