[发明专利]基于激光多普勒测速仪的惯导系统行进间初始对准方法

说明书

本申请涉及一种基于激光多普勒测速仪的惯导系统行进间初始对准方法。所述方法包括：在地心惯性坐标系和当地导航坐标系下，基于激光多普勒测速仪的速度测量值、比力方程和姿态方向余弦矩阵估计，建立捷联惯导系统对准过程的过程模型和测量模型。以惯导设备的姿态误差、陀螺零偏漂移、加速度计零偏漂移，以及激光多普勒测速仪的安装角误差和刻度系数误差为分量构建状态向量，建立鲁棒平方根无迹四元数估计器，得到状态向量的预测值对捷联惯导系统进行行进间初始对准。上述方法的过程模型和测量模型利用激光多普勒测速仪的高精度速度输出，在初始对准中考虑惯性测量单元误差，以及激光多普勒测速仪的安装倾角和刻度系数，能提高姿态估计精度。

技术领域

本申请涉及组合导航技术领域，特别是涉及一种基于激光多普勒测速仪的惯导系统行进间初始对准方法。

背景技术

在整个导航过程中，初始对准精度的高低直接关系到惯导工作性能的好坏。现有的对准方式有传递对准，静基座对准以及行进间对准等。传递对准需要高精度的惯导作为参考，一般用于大型船舶或者某些特殊应用场合。静基座对准是高精度惯导常用的对准方式，需要载体在对准过程中保持静止。这使得静基座对准虽然有着很高的精度，但限制了载体的机动性，不能做到随用随走。行进间对准能够使惯导在运动情况下完成系统初始化，对于提高载体机动能力有着重要作用。与静基座对准不同，行进间对准需要外部设备来提供载体运动信息来对惯导系统的输出进行补偿和校正。

现阶段利用GPS提供精确的速度与位置信息来行进间初始对准最为普遍，但利用GPS有如下缺点：（1）GPS信号不稳定，GPS接收机抗干扰能力较差且GPS信号易被高大建筑物或者树木遮挡；（2）GPS是美国研制的第二代卫星导航系统，是一种非自主式系统，具有高度不可控性。虽然我国北斗卫星导航系统已经组网完成，但它同样是非自主的。此外，里程计也可以为车辆提供速度和里程信息，用里程计辅助的行进间初始对准具有完全自主的特点，因此被广泛采用，由于里程计的测量结果与车辆的车轮周长有关，并且车轮的周长受到车轮温度、压强以及磨损状况的影响，因此测量精度较低，另外车轮打滑、跳动也会使里程计的测量结果出现较大偏差。

激光多普勒测速仪是一种新型的速度传感器，能够实时提供精确的载体对地速度，因此利用激光多普勒测速仪辅助的行进间初始对准比里程计辅助的行进间初始对准有着更高的精度。由于激光多普勒测速仪辅助的行进间初始对准是完全自主的，因此比起GPS辅助的行进间初始对准有着更高抗干扰能力。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于激光多普勒测速仪的惯导系统行进间初始对准方法。

一种基于激光多普勒测速仪的惯导系统行进间初始对准方法，包括：

在地心惯性坐标系和当地导航坐标系下，基于激光多普勒测速仪的速度测量值和姿态方向余弦矩阵估计，建立捷联惯导系统对准过程的过程模型。

基于比力方程式建立捷联惯导系统对准过程的测量模型。其中，激光多普勒测速仪的速度表示为刻度系数误差和安装角误差的函数。

以惯导设备的姿态误差、陀螺零偏漂移、加速度计零偏漂移，以及激光多普勒测速仪的安装角误差和刻度系数误差为分量构建状态向量，建立鲁棒平方根无迹四元数估计器。

使用鲁棒平方根无迹四元数估计器得到状态向量的预测值，根据预测值的姿态误差分量、陀螺零偏漂移分量和加速度计零偏漂移分量对捷联惯导系统进行行进间初始对准。

其中一个实施例中，捷联惯导系统对准过程的过程模型为：

其中，为t时刻基于地心惯性坐标系i系和当地导航坐标系n系的姿态方向余弦矩阵估计，为姿态方向余弦矩阵估计的导数，表示基于激光多普勒测速仪的速度得到的在n系中观察到的n系绕i系的转动角速度，表示求转动角速度的斜对称矩阵。

其中一个实施例中，基于激光多普勒测速仪的速度计算在n系中观察到的n系绕i系的转动角速度的方式包括：