[发明专利]一种基于双模型切换的二次传递对准方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航系统技术领域，特别是一种基于双模型切换的二次传递对准方法。

背景技术

传递对准是利用主子惯导系统的速度、姿态等导航参数进行匹配，滤波估计出子惯导系统相对与主惯导系统的失准角，从而建立精确的子惯导数学平台，同时对子惯导的导航信息进行初始化的过程。

目前，在失准角为小角度条件下的快速传递对准技术已经较为成熟，在快速性和精确性方面都能满足需求。然而，在工程应用中经常会出现失准角为大角度的情况。在这种情况下传统的线性误差模型将不能准确的描述惯导系统的误差传播特性，从而会给滤波结果带来较大误差，甚至导致滤波发散。

文献《IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS》第35卷中，文献《Comparison of SDINS In-Flight Alignment Using Equivalent Error Models》中研究了一种可用于大失准角条件下的基于四元数误差的非线性模型。该模型能应用在大失准角条件下，但存在着滤波收敛慢，滤波收敛精度略差的缺点。

发明内容

本发明旨在针对在惯性导航系统动基座对准中存在大失准角时的快速与精确传递对准问题，提出一种基于双模型切换的二次传递对准方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于双模型切换的二次传递对准方法，应用于由主惯导系统和子惯导系统组成的惯性导航系统，前述主惯导系统和子惯导系统均为捷联式惯性导航系统，前述方法包括以下步骤：

步骤1、主惯导系统采用固定频率向子惯导系统发送导航参数，子惯导系统利用主惯导的导航参数完成粗对准，前述导航参数包括速度，姿态和位置信息；

步骤2、子惯导系统基于主惯导系统导航参数构造观测量；

步骤3、在四元数误差模型下使用扩展卡尔曼滤波进行迭代解算，待失准角缩小到一预设角度α时，进行滤波切换，然后在欧拉角误差模型下使用标准卡尔曼滤波进行迭代解算，直到失准角估计值收敛且稳定；以及

步骤4、利用步骤3估计出的失准角来修正子惯导系统的姿态矩阵，得到捷联初始姿态矩阵，以完成二次传递对准。

进一步的实施例中，前述预设角度α的取值范围为：|α|≤5°。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于：

1、相对于基于四元数的非线性误差模型，本发明的方法具有计算量小，滤波收敛快，对准精度高的优点。

2、相对于基于欧拉角的线性误差模型，本发明的方法具有适用范围广的优点，既可用于大失准角条件下，也可用于小失准角条件下。

3、本发明的方法同时具备了线性模型滤波收敛速度快，精度高，非线性模型使用范围广的优点，同时满足了系统的快速性，精确性，健壮性要求。

附图说明

图1是二次传递对准仿真试验，基于双模型切换的二次传递对准与基于四元数误差的传递对准结果对比图。

图2是传递对准跑车试验中，对主惯导系统补偿不同角度时的姿态失准角估计曲线。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

根据本发明的较优实施例，一种基于双模型切换的二次传递对准方法，应用于由主惯导系统和子惯导系统组成的惯性导航系统，前述主惯导系统和子惯导系统均为捷联式惯性导航系统，前述方法包括以下步骤：

步骤1、主惯导系统采用固定频率向子惯导系统发送导航参数，子惯导系统利用主惯导的导航参数完成粗对准，前述导航参数包括速度，姿态和位置信息；

步骤2、子惯导系统基于主惯导系统导航参数构造观测量；

步骤3、在四元数误差模型下使用扩展卡尔曼滤波进行迭代解算，待失准角缩小到一预设角度α时，进行滤波切换，然后在欧拉角误差模型下使用标准卡尔曼滤波进行迭代解算，直到失准角估计值收敛且稳定；以及

步骤4、利用步骤3估计出的失准角来修正子惯导系统的姿态矩阵，得到捷联初始姿态矩阵，以完成二次传递对准。

作为一个较佳的实施例，前述预设角度α的取值范围为：|α|≤5°。例如可取值为2°。

下面详细说明上述各步骤的具体实施。

1)在四元数误差模型下使用扩展卡尔曼滤波进行迭代解算，其实现包括以下步骤：

11)四元数误差与速度误差方程：

式中：δQ为四元数误差；矩阵M，U和Y分别为：