[发明专利]一种基于非线性初始对准模型的快速对准方法

摘要

本发明公开了一种基于非线性初始对准模型的快速对准方法，主要步骤包括：合理编排捷联惯性导航系统的惯性器件；建立水平姿态角和航向角计算模型；建立非线性初始对准模型；构建用于初始对准的扩展kalman滤波器；由导航计算机，采集惯性器件输出信息，并完成初始对准滤波。本发明巧妙的冗余编排惯性系统水平方向上的惯性器件，充分利用惯性器件的冗余量测信息，建立的非线性初始对准模型。该模型直接利用惯性器件的量测输出作为观测值，3个失准角作为状态变量，有效的降低了模型的维数和提高了模型系统的可观测度，从而保证了初始对准的精度和速度。本发明具有实用性好、精度高、对准时间短的特点。

主权项

1.一种基于非线性初始对准模型的快速对准方法，其特征在于该方法包括下列步骤：步骤1、将水平方向上的惯性器件正交冗余配置，同一坐标轴的惯性器件的量测轴相位相差180度，即第一陀螺(1-1)和第一加速度计(2-1)的量测轴方向为x轴的正向，第四陀螺(1-4)和第四加速度(2-4)的量测轴方向为x轴的反向，第二陀螺(1-2)和第二加速度计(2-2)的量测轴方向为y轴的正向，第五陀螺(1-5)和第五加速度(2-5)的量测轴方向为y轴的反向，第三陀螺(1-3)和第三加速度计(2-3)的量测轴方向为z轴的正向；步骤2、根据步骤1中的惯性器件的配置，建立水平姿态角和航向角计算模型；俯仰角：θ=arcsin(fy2-fy5)-(▿y2-▿y5)-(wy2-wy5)2g,]]>横滚角：γ=arcsin(fx1-fx4)-(▿x1-▿x4)-(wx1-wx4)-2cosθ·g,]]>航向角：ψ=arccos(ωy2-ωy5)-(ϵy2-ϵy5)-(vy2-vy5)-2sinθ·ωiesinL2cosθ·ωiecosL]]>或者(-2cosγsinψ+2sinγsinθcosψ)ωieconL-2sinγcosθ·ωiesinL=(ωx1-ωx4)-(ϵx1-ϵx4)-(vx1-vx4),]]>式中：表示第一加速度计(2-1)在x轴方向的量测值，表示第四加速度计(2-4)在x轴方向的量测值，表示第一加速度计(2-1)的随机常值，表示第四加速度计(2-4)的随机常值，表示第一加速度计(2-1)的量测噪声，表示第四加速度计(2-4)的量测噪声，表示第二加速度计(2-2)在y轴方向的量测值，表示第五加速度计(2-5)在y轴方向的量测值，表示第二加速度计(2-2)的随机常值，表示第五加速度计(2-5)的随机常值，表示第二加速度计(2-2)的量测噪声，表示第五加速度计(2-5)的量测噪声，表示第一陀螺(1-1)在x轴方向的量测值，表示第四陀螺(1-4)在x轴方向的量测值，表示第一陀螺(1-1)的随机常值，表示第四陀螺(1-4)的随机常值，表示第一陀螺(1-1)的量测噪声，表示第四陀螺(1-4)的量测噪声，表示第二陀螺(1-2)在y轴方向的量测值，表示第五陀螺(1-5)在y轴方向的量测值，表示第二陀螺(1-2)的随机常值，表示第五陀螺(1-5)的随机常值，表示第二陀螺(1-2)的量测噪声，表示第五陀螺(1-5)的量测噪声，θ表示俯仰角，γ表示横滚角，ψ表示航向角，g表示重力矢量，ωie表示地球的自转角速度，L为当地的地理纬度；步骤3、根据步骤2中的3个姿态角的计算模型，可以建立非线性初始对准模型；θkγkψk=θk-1γk-1ψk-1+wθwγwψ]]>fyk2-fyk5fxk1-fxk4ωxk1-ωxk4=2sinθk·g-2sinγkcosθk·g(-2cosγksinψk+2sinγksinθkcosψk)ωiecosL-2sinγkcosθk·ωiesinL-▿y2-▿y5▿x1-▿x4ϵx1-ϵx4-wyk2-wyk5wxk1-wxk4vxk1-vxk4]]>式中：θ_k表示k时刻的俯仰角，γ_k表示k时刻的横滚角，ψ_k表示k时刻的航向角，w_θ表示俯仰角的微小波动值，w_γ表示横滚角的微小波动值，w_ψ表示航向角的微小波动值，表示k时刻第一加速度计(2-1)的x轴方向量测值，表示k时刻第四加速度计(2-4)的x轴方向量测值，表示k时刻第二加速度计(2-2)的y轴方向量测值，表示k时刻第五加速度计(2-5)的y轴方向量测值，表示k时刻第一陀螺(1-1)的x轴方向量测值，表示k时刻第四陀螺(1-4)的x轴方向量测值；步骤4、根据步骤3中的初始对准模型构建用于初始对准的扩展kalman滤波器；步骤5、由导航计算机采集惯性器件输出信息，并完成初始对准滤波。