[发明专利]一种基于CKF的SINS大失准角初始对准新方法

摘要

本发明的目的在于提供一种基于CKF的SINS大失准角初始对准新方法。利用GPS确定载体的初始位置参数，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据，采用解析法来完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态信息，建立捷联惯性导航系统初始对准非线性模型，建立静基座下以速度误差为状态变量的CKF滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程，以CKF滤波方法进行滤波估计，估计出平台失准角，利用平台失准角修正系统的捷联初始姿态矩阵，得到精确的捷联初始姿态矩阵，从而完成精确的初始对准。本发明可以大幅度提高大失准角下捷联惯性导系统的对准精度，为导航过程提供了准确的初始姿态矩阵。

主权项

1.一种基于CKF的SINS大失准角初始对准新方法，其特征是：(1)利用GPS确定载体的初始位置参数；(2)采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；(3)采用解析法来完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态信息Cbn′(0)=cosγ0cosψ0-sinγ0sinθ0sinψ0-cosθ0sinψ0sinγ0cosψ0+cosγ0sinθ0sinψ0cosγ0sinψ0+sinγ0sinθ0cosψ0cosθ0cosψ0sinγ0sinψ0-cosγ0sinθ0cosψ0-sinγ0cosθ0sinθ0cosγ0cosθ0,]]>其中θ₀、γ₀和ψ₀分别为初始俯仰角、初始倾斜角和初始航向角；(4)建立捷联惯性导航系统初始对准非线性模型SINS非线性姿态误差方程为其中φ_x、φ_y和φ_z为平台东向、北向和天向失准角，表示SINS模拟的数学平台n′与理想导航坐标系n系之间的转动角度，C_ij(i＝1，2，3 j＝1，2，3)为带有误差的捷联姿态矩阵的对应元素，Cbn′=cosγcosψ-sinγsinθsinψ-cosθsinψsinγcosψ+cosγsinθsinψcosγsinψ+sinγsinθcosψcosθcosψsinγsinψ-cosγsinθcosψ-sinγcosθsinθcosγcosθ,]]>θ、γ和ψ分别为含有误差的俯仰角、倾斜角和航向角，δv_x和δv_y分别表示东向和北向速度误差，ω_ie表示地球自转角速度，R_m和R_n分别表示地球子午、卯酉曲率半径，表示当地纬度，ε_x、ε_y和ε_z为三个陀螺漂移；静基座速度误差非线性方程为δv·=[I-(Cnn′)T]Cbn′f^b+(Cnn′)TCbn′δfb-(2ω^ien+ω^enn)×δv+δgn,]]>为东向、北向速度误差微分，I为2×2单位阵，为理想导航坐标系n系到SINS模拟的数学平台n′的方向余弦矩阵，为加速度计真实测量的比力，δf^b为加速计测量误差，为在n′系中计算时的误差，为在n′系中计算时的误差，δgⁿ为在n′系中计算重力加速度g时的误差；(5)建立静基座下以速度误差为状态变量的CKF滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程陀螺漂移ε^b为陀螺常值漂移，为陀螺零均值高斯白噪声；加速度计测量误差▽^b为加速度计常值零偏，为加速度计零均值高斯白噪声，同时忽略重力误差项δgⁿ，取将速度误差微分方程展开，得到由十个方程组成的捷联惯性导航系统静基座初始对准非线性模型状态方程：，状态向量取噪声向量取建立滤波状态模型，并以SINS速度误差Z＝δv＝[δv_x δv_y]^T为观测量建立观测方程：其中H＝[I_2×2 0_2×8]，V为测量噪声，以CKF滤波方法进行滤波估计，估计出平台失准角；(6)利用步骤(5)估计出的平台失准角修正系统的捷联初始姿态矩阵得到精确的捷联初始姿态矩阵即从而完成精确的初始对准。