[发明专利]一种基于阻尼捷联惯性导航重力异常滤波匹配的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种捷联惯性导航技术，具体涉及一种阻尼捷联惯性导航利用重力异常进行滤波匹配的方法。

背景技术

在捷联惯性导航系统中，对于捷联惯性导航系统存在的周期振荡特性，通常的做法是在系统中引入阻尼网络，对系统的产生的振荡误差进行阻尼。在系统的水平通道引入水平阻尼可以对舒勒周期振荡进行阻尼；在方位通道中引入方位阻尼可以对地球周期振荡进行阻尼；而傅科周期振荡受舒勒周期振荡的调制，当舒勒周期振荡阻尼掉之后，傅科周期振荡也将随之被阻尼掉。在阻尼导航方面北京自动化控制设备研究所申请了申请号为201110273080.4，名称为《一种基于状态估计和预测的低成本阻尼导航方法》的发明专利（公开日2012.07.04）。

虽然在系统中引入阻尼可以将系统中的周期振荡特性阻尼掉，但系统存在的常值误差却不能得到明显的改善。为了进一步减小系统的无偿，提高系统的精度，在系统中引入阻尼和不破坏捷联惯性导航系统的自主性和隐蔽性的基础上，利用地球的重力特性对系统进行重力异常匹配。国内重力辅助导航研究始于20世纪90年代，主要成果集中于重力匹配算法。哈尔滨工程大学侯慧娟的硕士论文《惯性/重力组合导航匹配滤波算法的研究与实现》(网络公开日2009-09-24)以及解放军信息工程大学李姗姗的博士毕业论文《水下重力辅助惯性导航的理论与方法研究》(网络公开日2011-05-19)等都在重力辅助导航方面取得了较大的进展。将捷联阻尼导航系统相结合能够充分利用二者的优势，即消除捷联惯性导航系统的振荡特性和减小系统的导航误差，提高系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既消除系统周期震荡特性，又提高系统导航精度的基于阻尼捷联惯性导航重力异常滤波匹配的方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：启动捷联惯性导航设备，并且使导航设备工作于阻尼状态，对导航设备进行冷启动；

步骤二：在导航系统开始工作之后，利用重力仪检测重力异常，当重力仪有重力异常值输出时，进入步骤三，否则导航系统处于自主的阻尼导航状态；

步骤三：选取状态变量为其中δλ为东向位置误差、为北向位置误差、δV_e为东向速度误差、δV_n为北向速度误差；观测变量Z_k为重力异常值，当检测到重力异常值输出时，按照如下的状态方程和量测方程进行重力异常卡尔曼滤波匹配：

状态方程：X_k,k-1=Φ_k,k-1X_k-1+Γ_k,k-1W_k-1

量测方程：Z_k=H_kX_k+γ_k

其中，X_k-1和X_k,k-1是状态变量在k-1时刻的导航解算值和利用k-1时刻的导航解算值预测k时刻的预测；状态转移矩阵Φ_k,k-1是将连续的状态转移矩阵离散化得到的离散状态转移矩阵，其中H_x,H_y为水平阻尼网络的东向和北向的阻尼器，为由阻尼捷联惯性导航系统解算得到的纬度位置，R为地球半径；观测矩阵为H_k=[h_x h_y 0 0]，其中h_x,h_y为阻尼导航系统解算位置处的局部重力异常经纬度梯度，是利用导航系统解算出的位置在重力异常数据库的进行局部全平面线性拟合得到的；Γ_k,k-1为噪声输入矩阵；W_k-1,γ_k分别为系统噪声和观测噪声；

步骤四：将重力异常值滤波匹配得到的经纬度误差和速度误差带入到捷联惯性导航的结算中对捷联惯性导航的结算进行修正，以提高系统的精度。

为了消除捷联惯性导航系统中存在的周期振荡特性和减小系统的误差，提高系统的精度，并且不借助外界辅助信息而破坏捷联惯性导航的隐蔽性和自主性，本发明提出一种基于阻尼捷联惯性导航系统的重力异常值滤波匹配算法的方法。捷联惯性导航系统在冷启动初始化之后开始工作于阻尼状态，利用重力仪对重力异常值进行检测，当重力仪有重力异常值输出时对系统进行卡尔曼重力异常滤波匹配，并用滤波匹配结果对系统进行修正，从而达到既消除系统周期震荡特性，又提高系统导航精度的目的。