[发明专利]一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法，可用于提高飞机、轮船或地面车辆用初始对准的精度。 

背景技术

初始对准过程中，借助捷联惯性导航系统系统(SINS)可以连续不断的提供姿态、速度、位置等导航参数，其短时段内精度较高。但是，缺点是误差随时间不断积累。全球定位系统(GPS)可以提供速度、位置导航信息，并且误差不随时间积累。SINS/GPS组合导航系统克服了各自缺点，将二者优势互补。在实际初始对准过程中，基于SINS/GPS组合导航系统，由于姿态失准角信息是不可直接量测的，极大的限制了对准时间的缩短和精度提高。利用偏振光传感器可以直接量测到偏振角信息，通过坐标变换可以转换为姿态信息，偏振角信息误差不随时间积累，可以校正SINS的姿态信息，提高对准精度，缩短对准时间。 

在基于SINS/GPS组合导航系统的初始对准过程中，存在着机体晃动、环境干扰、建模误差、系统噪声等因素制约着初始对准过程的时间和精度，这些因素均可视为初始对准过程的干扰。这些干扰在数学特性上具有范数有界的特性，借助递推H_∞滤波器，通过不断地递推过程以抑制范数有界干扰，从而增强系统的鲁棒性，提高了抗干扰能力，减弱了干扰对初始对准过程的影响，提高了对准精度。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于偏振角信息的SINS/GPS组合导航系统的初始对准滤波方法，通过设计干扰观测器和递推H_∞滤波器，提高了初始对准过程的精度，缩短了对准时间。 

本发明的技术解决方案为：提供一种基于偏振角信息的SINS/GPS组合 导航系统的初始对准滤波方法，其特点在于包括下列步骤： 

(1)基于偏振角信息建立以方位失准角为量测量的量测方程； 

上述基于偏振角信息建立的量测方程如下： 

Z_polar(k)＝H_polar(k)X(k)+V_plar(k) 

Z_ploar(k)为基于偏振角信息的量测量，H_polar(k)为基于偏振角信息量测矩阵，V_polar(k)为偏振量测噪声。 

(2)建立系统状态方程与量测方程 

上述的离散系统状态方程和量测方程为： 

X(k+1)＝F(k)X(k)+B(k)ω(k) 

Z(k)＝H(k)X(k)+D(k)ω(k) 

其中X(k)＝[φ_E  φ_N  φ_U  δV_E  δV_N  δV_U  δL  δλ  δH]^T，φ_E、φ_N和φ_U为数学平台失准角；δV_E、δV_N和δV_U分别为东向、北向和天向速度误差；δL、δλ和δH分别为纬度误差、经度误差和高度误差；ω(k)为范数有界噪声；F(k)∈R^6×6，为离散化后的系统转移矩阵，B(k)∈R^6×1为已知的离散化后的系统噪声增益矩阵。 

Z(k)＝[Z_V(k)^T  Z_P(k)^T  Z_ploar(k)^T]^T∈R^7×6为系统量测量。其中Z_V∈R^3×1为速度观测量，即惯性导航系统给出的东、北、天三个方向速度与GPS接收机给出的相应速度的差值；Z_P∈R^3×1为位置观测量，即惯性导航系统给出的东、北、天三个方向速度与GPS接收机给出的相应速度的差值；Z_ploar(k)为基于偏振角信息的量测量。H(k)∈R^T×6为系统量测矩阵，D(k)∈R^6×1为已知量测噪声增益矩阵。 

(3)设计递推H_∞滤波器；