本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航，具體涉及一種基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差隨時(shí)間累積增加，在出廠前需要對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行精確標(biāo)定。由于外界環(huán)境等因素影響，慣導(dǎo)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間使用后，其器件誤差尤其是陀螺漂移會(huì)發(fā)生較大變化，產(chǎn)生較大的導(dǎo)航誤差，嚴(yán)重影響導(dǎo)航精度指標(biāo)可達(dá)性。為了提高慣導(dǎo)精度，對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)補(bǔ)償是必要的。

2、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)通常采用二位置法，利用北向陀螺漂移的完全可觀測(cè)性，將慣導(dǎo)系統(tǒng)放置在兩個(gè)不同航向的位置，通過(guò)卡爾曼濾波估計(jì)陀螺漂移。該方法在使用過(guò)程中需要拆卸慣導(dǎo)系統(tǒng)移動(dòng)位置或調(diào)整載體的航向，對(duì)于不便拆卸的外場(chǎng)環(huán)境和機(jī)動(dòng)性較小的船用領(lǐng)域?qū)嵱眯暂^差，具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種能夠有效估計(jì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺漂移、減小陀螺漂移對(duì)導(dǎo)航精度的影響，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航、且能避免了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重復(fù)拆卸，降低了人力、物力成本，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法。

2、本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)

3、一種基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，包括以下步驟：

4、步驟1、將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程與旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程作差，確定系統(tǒng)聯(lián)合誤差方程；

5、步驟2、確定聯(lián)合誤差狀態(tài)變量；

6、步驟3、基于確定的聯(lián)合誤差狀態(tài)變量，建立聯(lián)合狀態(tài)方程；

7、步驟4、以雙慣導(dǎo)間位置誤差和姿態(tài)陣匹配量作為觀測(cè)量，建立觀測(cè)方程，通過(guò)卡爾曼濾波對(duì)聯(lián)合誤差狀態(tài)變量中的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)。

8、而且，步驟1具體為：

9、設(shè)i系為慣性坐標(biāo)系，n系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，b1系為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系，b2系為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)臺(tái)體坐標(biāo)系，bm系為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系；

10、以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)誤差速度誤差緯度誤差δl1、經(jīng)度誤差δλ1，高度誤差δh1與旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)誤差速度誤差緯度誤差δl2、經(jīng)度誤差δλ2、高度誤差δh2的差值δl12、δλ12、δh12作為聯(lián)合誤差狀態(tài)，將二者的誤差狀態(tài)方程作差即可得到聯(lián)合誤差狀態(tài)方程：

11、

12、式中，為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺輸出誤差，建模為陀螺常值漂移和白噪聲之和；為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺輸出誤差，建模為陀螺常值漂移和白噪聲之和；為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的加速度計(jì)輸出誤差，建模為加速度計(jì)常值零偏和白噪聲之和；為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的加速度計(jì)輸出誤差，建模為加速度計(jì)常值零偏和白噪聲之和；為n系相對(duì)于i系的旋轉(zhuǎn)角速度，為與緯度誤差、速度誤差相關(guān)的n系相對(duì)于i系的旋轉(zhuǎn)角速度誤差的差值，為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣，為為旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)臺(tái)體的姿態(tài)矩陣，fn為n系下的比力矢量，為地球自轉(zhuǎn)角速度，為n系相對(duì)于e系的角速度，為與緯度誤差相關(guān)的地球自轉(zhuǎn)角速度誤差的差值，為與緯度誤差、速度誤差相關(guān)的n系相對(duì)于e系的角速度誤差的差值，vn為載體在n系下的速度矢量，rm為子午圈曲率半徑，h為當(dāng)前位置的高度，vn為北向速度，ve為東向速度，l為當(dāng)?shù)鼐暥?，rn為卯酉圈曲率半徑，為二者天向速度誤差的差值。

13、令μ＝[μx,μy,μz]t為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的安裝誤差角，建模為隨機(jī)常值。

14、而且，步驟2，具體為：

15、將兩套系統(tǒng)的陀螺常值漂移與加速度計(jì)常值零偏、安裝誤差角μ擴(kuò)充為狀態(tài)變量，略去右下角的數(shù)字角標(biāo)，得到聯(lián)合誤差狀態(tài)變量為：

16、

17、式中，[φe,φn,φu]t表示聯(lián)合姿態(tài)誤差，[δve,δvn,δvu]t表示聯(lián)合速度誤差，[δl,δλ,δh]t表示聯(lián)合位置誤差，表示捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺常值漂移，表示捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)常值零偏，表示旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺常值漂移，表示旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)常值零偏。

18、而且，步驟3中，建立的聯(lián)合狀態(tài)方程：

19、

20、式中，系統(tǒng)噪聲

21、系統(tǒng)狀態(tài)矩陣f(t)的分塊矩陣形式如下：

22、

23、式中，中非零元素為：

24、

25、

26、f9,6＝1。

27、

28、而且，步驟4中，建立的觀測(cè)方程如下：

29、令zdcm＝[zx,zy,zz]t，其中：

30、

31、式中，m(3,2)表示m矩陣中第3行第2列元素，表示旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣。

32、zdcm與誤差量之間的函數(shù)關(guān)系式為：

33、

34、設(shè)l1、λ1和h1分別表示捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的緯度、經(jīng)度和高度，l2、λ2和h2分別表示旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的緯度、經(jīng)度和高度，建立觀測(cè)方程為：

35、z＝hx+v

36、式中，觀測(cè)量z、觀測(cè)矩陣h的表達(dá)式分別為：

37、

38、式中，03×3表示3階零矩陣，03×12表示3行12列零矩陣，i3×3表示三階單位矩陣。

39、而且，步驟4中，觀測(cè)量中雙慣導(dǎo)間位置誤差應(yīng)扣除安裝位置引起的桿臂誤差的影響。

40、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：

41、本發(fā)明基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)冗余配置，將二者導(dǎo)航信息進(jìn)行融合，能夠在免拆卸條件下有效估計(jì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺漂移，減小陀螺漂移對(duì)導(dǎo)航精度的影響，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明避免了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重復(fù)拆卸，降低了人力、物力成本，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)，具有工程使用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于：步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于，步驟2，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于，步驟3中，建立的聯(lián)合狀態(tài)方程：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于，步驟4中，建立的觀測(cè)方程如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，其特征在于：步驟4中，觀測(cè)量中雙慣導(dǎo)間位置誤差應(yīng)扣除安裝位置引起的桿臂誤差的影響。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)方法，包括：1、將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程與旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程作差，確定系統(tǒng)聯(lián)合誤差方程；2、確定聯(lián)合誤差狀態(tài)變量；3、基于確定的聯(lián)合誤差狀態(tài)變量，建立聯(lián)合狀態(tài)方程；4、以雙慣導(dǎo)間位置誤差和姿態(tài)陣匹配量作為觀測(cè)量，建立觀測(cè)方程構(gòu)造矩陣，并結(jié)合捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的緯度差、結(jié)算的經(jīng)度和結(jié)算的高度，建立觀測(cè)方程。本發(fā)明基于異構(gòu)雙慣導(dǎo)冗余配置，將二者導(dǎo)航信息進(jìn)行融合，能夠在免拆卸條件下有效估計(jì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺漂移，減小陀螺漂移對(duì)導(dǎo)航精度的影響，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：李正帥,侯斌,孫偉強(qiáng),胡小毛,李德春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇七研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15