专利名称：一种高动态环境下针对设定频点优化的sins划摇补偿方法
技术领域：
本发明主要涉及到捷联惯性导航系统领域，特指一种在高动态环境下用于捷联惯性导航系统的划摇补偿方法。
背景技术：
惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)是一种利用陀螺和加速度计测量载体角运动和线运动，并经过积分运算求出载体瞬时姿态、速度和位置的导航设备。它完全依靠自身的敏感器完成导航任务，无需依赖任何的外界信息，也不向外辐射任何能量，是一种全自主式的导航系统，具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点。捷联惯性导航系统(StrapdownInertial Navigation System, SINS)是把惯性器件与系统固联的惯导系统，其对惯性器件的动态特性提出了更高的要求。在捷联惯导系统中，加速度计测量得到比力信息，比力信息补偿后分解到导航坐标系并进行积分运算得到载体速度信息。一般通用的数值积分方法不能满足捷联惯导系统速度解算的精度要求。尤其在高动态环境下，刚体有限转动的不可交换性将会带来很大的负面效应，如圆锥效应和划摇效应。前者引入姿态解算误差，后者引入速度解算误差。自捷联系统的概念提出以来，姿态解算和速度解算算法成为捷联系统导航算法研究的核心。当载体处于划摇运动时，即相对于两个正交轴的同相角振荡和线振荡运动同时发生的时候，将引入尤为严重的速度漂移误差，此为划摇误差。因此，在高动态环境下，高精度捷联惯导系统必须要对此划摇误差进行补偿。捷联惯性导航算法的发展过程就是一个寻求高动态环境下的高精度数值积分算法的过程。设计补偿精度高、计算量少的速度补偿方法一直是从业人员不断追求的目标。1998年,惯性导航领域知名学者Paul G. Savage对速度补偿算法做了系统研究,Ignagni和Roscoe指出了速度划摇算法与姿态圆锥算法之间的“等价”性，可以通过简单的数学变换把圆锥算法变成“对偶”的划摇算法。这套以划摇算法为基础的速度补偿算法已成为捷联惯性导航系统的经典速度算法，得到了广泛的应用。经典算法误差随系统环境运动频率的提高而呈指数级迅速增大，随陀螺和加速度计信号采样率的提高而减小。即，在高动态环境下，若要改善算法的精度，势必要提高算法更新率，提高信号采样率，提高导航计算机计算速度。这就对导航系统的硬件采样和解算能力提出了更高的要求，增加了硬件成本和设计复杂性，也影响了惯导系统的通用性。同时，在一定的环境和功耗要求下，硬件能力的提高是有限的，不一定能满足高动态环境下速度解算精度要求。总之，在高动态环境下，特别是高频振动环境下，捷联惯导系统现有的经典划摇补偿算法精度随着环境动态频率的提高呈指数迅速衰减，通过改善硬件水平提高导航解算速度虽可一定程度上改善算法精度，但实际实施时存在成本高、实现复杂等缺点，进而不利于导航系统低成本、大批量的生产。

发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、通过优化划摇补偿算法系数使SINS的速度解算精度在某设定频点处达到局部最优、从而改善载体在该动态环境下的速度解算精度的高动态环境下针对设定频点优化的SINS划摇补偿方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种高动态环境下针对设定频点优化的SINS划摇补偿方法，其步骤为(I)选定待优化频点;在载体典型运动环境中采集惯导系统陀螺和加速度计的原始测量数据，分析数据功率谱密度，找出惯导系统陀螺和加速度计数据共有的功率谱显著频点，选取功率谱最大点为该典型动态环境的待优化频点;(2)基于现有的经典划摇方法中的划摇补偿算法误差表达式，建立一组新的待优化频点Q。的算法系数计算方程组，新的计算方程组加入约束条件使得算法误差在待优化频点Qtl处取得极小值，通过方程联立求解得到新的划摇算法系数；(3)把新的划摇算法系数代入经典划摇算法的划摇补偿估计值表达式，得到SINS速度解算中新的优化的划摇补偿项；即，把步骤(2)得到的新的划摇算法系数匕代入划摇补偿估计值，得到基于待优化频点Qtl优化的划摇补偿项，以得到的划摇补偿项进行划摇补偿。作为本发明的进一步改进 所述步骤(2)中的划摇补偿算法误差表达式为
权利要求
1.一种高动态环境下针对设定频点优化的SINS划摇补偿方法，其特征在于，其步骤为 (1)选定待优化频点;在载体典型运动环境中采集惯导系统陀螺和加速度计的原始测量数据，分析数据功率谱密度，找出惯导系统陀螺和加速度计数据共有的功率谱显著频点，选取功率谱最大点为该典型动态环境的待优化频点; (2)基于现有的经典划摇方法中的划摇补偿算法误差表达式，建立一组新的待优化频点的算法系数计算方程组，新的计算方程组加入约束条件使得算法误差在待优化频点Qtl处取得极小值，通过方程联立求解得到新的划摇算法系数； (3)把新的划摇算法系数代入经典划摇算法的划摇补偿估计值表达式，得到SINS速度解算中新的优化的划摇补偿项；即，把步骤(2)得到的新的划摇算法系数Ic1代入划摇补偿估计值，得到基于待优化频点Q。优化的划摇补偿项，以得到的划摇补偿项进行划摇补偿。
2.根据权利要求1所述的高动态环境下针对设定频点优化的SINS划摇补偿方法，其特征在于，所述步骤(2)中的划摇补偿算法误差表达式为
全文摘要
一种高动态环境下针对设定频点优化的SINS划摇补偿方法，其步骤为(1)选定待优化频点Ω0；(2)基于现有的经典划摇方法中的划摇补偿算法误差表达式，建立一组新的待优化的载体运动主频点Ω0的算法系数计算方程组，新的计算方程组加入约束条件使得算法误差在待优化的载体运动主频点Ω0处取得极小值，方程联立求解得到新的划摇算法系数；(3)把新求得的算法系数代入经典划摇算法的划摇补偿估计值表达式，得到SINS速度解算中新的优化的划摇补偿项，以得到的划摇补偿项进行划摇补偿。本发明原理简单，通过优化划摇补偿算法系数能使SINS的速度解算精度在某设定频点处达到局部最优、从而改善载体在该动态环境下的速度解算精度。
文档编号G01C21/20GK103063215SQ20121058103
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者潘献飞, 李涛, 唐康华, 曹聚亮, 练军想, 罗兵 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学