专利名称：一种船用捷联惯导系统二次快速对准方法
技术领域：
本发明涉及的是一种船用捷联惯性导航系统对准方法，特别是涉及一种利用速度加失准角误差匹配的两时间段的二次快速对准方法。
背景技术：
初始对准是惯性导航系统导航工作的前提，初始对准误差是惯性导航系统主要的误差源之一，其对系统误差的影响不仅表现在姿态上，而且表现在速度和位置信息的获取上，对准精度直接影响着导航精度。因此，在导航前得到精确的初始姿态尤为重要。捷联惯性导航是现在导航技术中较热门的技术，受到了越来越多的导航界人士的青睐，而且通过捷联惯导系统(SINS)与其他导航系统的组合，可以提高导航系统初始对准的精度，常用的组合有SINS/多普勒计程仪(DVL)，SINS/全球定位系统(GPS)，SINS/天文导航(CNS)等。针对船用光纤陀螺捷联惯性导航系统，以速度为外观测量的初始对准多采用SINS/DVL的组合方式。实际中广泛应用以卡尔曼滤波为代表的最优控制方法进行动基座对准，它不但可以克服经典控制理论中船体加速度对对准性能的不利影响，适用于多种运动情况下的初始对准，还可以在估计船体姿态信息的同时估计惯性器件的误差，实现初始对准过程中的测漂，从而实现对准精度的提高。例如哈尔滨工程大学周广涛的专利“基于滤波的光线陀螺捷联惯导系统两位置初始对准方法”(申请公布号CN101246022)。该发明公开了一种基于滤波的光线陀螺捷联惯导系统两位置初始对准方法，通过载体从第一位置绕方位轴旋转到第二位置，在两个位置进行滤波估计，利用估计值对陀螺的逐次启动误差进行修正，估计出平台失准角，该发明能克服地理系等效陀螺漂移对方位失准角估算精度的影响，但是需要载体能够绕方位轴旋转，而且在两个位置上静止不动。再例如北京航空航天大学崔培玲的专利“一种基于MRUPF的捷联惯导系统大方位失准角初始对准方法”(申请公布号CN101975585A)。该发明公开了一种基于MRUPF的捷联惯导系统大方位失准角初始对准方法，建立大方位失准角条件下捷联惯导系统静基座初始对准的状态空间模型，利用UPF滤波算法进行初始对准的状态估计，通过多分辨方法减少UPF滤波的粒子数目，降低了计算量，在保证初始对准精度的同时提高了大方位失准角下捷联惯导系统初始对准的实时性。但是该方法只适用于静基座初始对准，而且忽略了采用滤波估计存在残余失准角的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在保证对准精度和快速性的要求下，实现对水平加速度计零偏的准确估计的船用捷联惯导系统二次快速对准方法。本发明的目的是这样实现的，主要包括如下步骤:步骤1:启动捷联惯性导航系统使其进行充分预热，连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据；步骤2:对采集到的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计的数据进行处理，采用惯性系对准方法完成捷联惯性导航系统的粗对准；步骤3:粗对准完毕后进入第一次精对准阶段，继续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据，进行导航解算获得船体速度、姿态、位置等信息，通过多普勒计程仪测得船体的速度，并把该速度作为船体的真实速度；步骤4:建立船用捷联惯性导航系统误差方程，以多普勒测量速度与惯性导航系统解算速度之差作为观测量，采用卡尔曼滤波对失准角进行估计；步骤5:利用第一次精对准估计所得失准角对惯性导航系统姿态进行补偿，并作为第二次精对准的参考姿态，将残余失准角扩充为新的状态变量，采用速度加失准角误差匹配方法，进一步完成水平和方位对准；步骤6:利用第二次精对准获得失准角估计值，完成精确初始对准，同时获得水平加速度计零偏估计值。所述的将残余失准角扩充为新的状态变量的方法如下:将残余失准角ξ作为状态变量引入到状态空间模型中，则系统的状态变量扩充
为十三维
权利要求
1.一种船用捷联惯性导航系统二次快速对准方法，其特征是: 步骤1:启动捷联惯性导航系统使其进行充分预热，连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据； 步骤2:对采集到的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计的数据进行处理，采用惯性系对准方法完成捷联惯性导航系统的粗对准； 步骤3:粗对准完毕后进入第一次精对准阶段，继续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据，进行导航解算获得船体速度、姿态、位置等信息，通过多普勒计程仪测得船体的速度，并把该速度作为船体的真实速度； 步骤4:建立船用捷联惯性导航系统误差方程，以多普勒测量速度与惯性导航系统解算速度之差作为观测量，采用卡尔曼滤波对失准角进行估计； 步骤5:利用第一次精对准估计所得失准角对惯性导航系统姿态进行补偿，并作为第二次精对准的参考姿态，将残余失准角扩充为新的状态变量，采用速度加失准角误差匹配方法，进一步完成水平和方位对准； 步骤6:利用第二次精对准获得失准角估计值，完成精确初始对准，同时获得水平加速度计零偏估计值。
2.根据权利要求书I所述的船用捷联惯性导航系统二次快速对准方法，其特征是:所述的将残余失准角扩充为新的状态变量的方法如下: 将残余失准角I作为状态变量引入到状态空间模型中，则系统的状态变量扩充为十三维枚氣4 4 C 4 4 Vx %· By结合惯性导航系统误差方程，此时的状态空间模型如下:
全文摘要
本发明提供的是一种船用捷联惯性导航系统二次快速对准方法。系统预热后连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据，对采集数据进行处理完成捷联惯导系统的粗对准。粗对准结束后进入第一次精对准，建立船用捷联惯性导航系统误差方程，利用速度误差作为观测量进行卡尔曼滤波获得失准角估计值，并对船体姿态进行补偿。在第一次精对准的基础上，利用已补偿的姿态作为参考姿态，将残余失准角扩充为新的状态变量，采取速度加失准角误差匹配方法，进一步完成水平和方位对准。采用本发明的方法可以在保证对准精度和快速性的要求下，实现对水平加速度计零偏的准确估计。
文档编号G01C25/00GK103245357SQ20131011582
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者孙枫, 夏健钟, 曹通, 奔粤阳, 高伟, 周广涛, 徐博, 张永刚, 于强, 吴磊 申请人:哈尔滨工程大学