[发明专利]一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法，属于惯性导航技术领域。

(二)背景技术：

捷联惯导系统的静基座对准是保证系统工作精度的前提。静基座对准通常可以采用解析式对准方法、罗经回路对准方法、方位估算方法、两位置卡尔曼滤波对准法等。两位置卡尔曼滤波对准方法虽然能得到水平方向加速度计的零位误差，但天向加速度计的零位误差和标度误差难以分离精确。如果出现零位误差和标度误差极性相反的情况，有可能引入更大的误差。

针对上述问题，并且为了进一步提高惯性导航的精度，可利用载体在真空段飞行过程中的特殊环境：通常无推力，同时由于空气密度非常小，空气动力也可以忽略。此时载体仅受地球重力作用，如果惯导安装在载体的质心，加速度表敏感的信息即比力应为零。因此，可以利用载体真空段飞行时加速度表的输出信息修正惯组误差系数，这种方法一般称为真空修正技术。通常采用的真空修正方法直接利用加速度表的输出信息对加速度计零位误差和标度误差进行修正，从而达到提高惯性导航精度的目的。

杨涛，王明海，曹锐在《弹道导弹加表逐次通电误差分析和修正》一文中提出了利用真空修正技术对加速度计零位误差和标度误差进行分离和补偿的技术。该文在分析加速度计误差传播模型基础上，利用导弹在真空段飞行过程中的特点，对加速度计零位误差和标度误差进行分离和补偿。由于加速度计误差在很大程度上决定了导弹的落点误差，对加速度计标定系数进行误差分离和补偿可以有效提高导航精度。此方案通过仿真计算表明，这种方法可以有效提高导弹的落点精度。(战术导弹技术，2010(6)：72～74)但该方法只对加速度计零位误差和标度误差进行分离和补偿，无法同时对系统姿态误差进行校正，精度提高有限。

在实际工程应用中，如果能够通过建立合理的观测模型，应用真空段加速度的输出信息进一步修正系统的姿态等误差，对于提高捷联惯导的实际导航性能将具有非常重要的应用价值。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的在于提供一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法，它充分利用真空段加速度表的信息，在分离器件误差的基础上，实现捷联惯导姿态误差的滤波修正，提高捷联惯导系统的实际导航性能。

2、技术方案：本发明提供一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法，该方法具体步骤如下：

步骤1、通过外部设备(例如GPS接收机)可确定载体的初始位置参数(包括初始的经度、纬度)并将其装订至导航计算机。

步骤2、捷联惯导系统进行预热，然后采集陀螺仪和加速度计的输出数据。

步骤3、对采集到的陀螺仪和加速度计的输出数据进行处理，根据捷联惯导系统的误差传播特性和古典控制理论，采用二阶调平法和方位估算法来完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态。粗对准时间不少于30秒。

步骤4、粗对准结束后进入精对准阶段。保持载体在水平位置上静止不动，作零速修正，对准时间不少于250秒。此时惯组初始俯仰角和滚转角分别为0度和-45度，航向角为45度(实例)。对准过程包括建立精对准过程零速修正的系统状态方程和量测方程，以及卡尔曼滤波状态估计。

步骤5、载体从水平位置绕俯仰轴在水平面的投影旋转至竖直位置，转动时间、角度根据具体情况确定。这里绕俯仰轴在水平面的投影旋转角度设为90度，转速为1度/秒(实例)。

步骤6、保持载体在第二个竖直位置上静止不动，作零速修正和航向修正，对准时间不少于250秒。对准过程中包括建立精对准过程零速修正和航向修正的系统状态方程和量测方程，以及卡尔曼滤波状态估计。

步骤7、两位置对准结束后立即进入飞行过程。飞行轨迹经历主动段大过载、中段前期，期间当导航解算高度大于85km时，视为载体已进入真空段，这时可利用观测到的加速度计信息进行基于卡尔曼滤波的真空修正。真空修正过程包括建立真空修正的系统状态方程和量测方程，以及卡尔曼滤波状态估计。

步骤8、惯组进入中段后期，当导航解算高度低于85km时，视为载体已出真空段，这时无真空滤波修正，但可延续前期基于真空修正的结果继续对器件误差进行修正。

其中，步骤4中所述的“对准过程包括建立精对准过程零速修正的系统状态方程和量测方程，以及卡尔曼滤波状态估计”，其具体实现过程如下：

1)导航坐标系取为游动自由方位坐标系，建立步骤4中用到的系统状态方程和量测方程如下：