[发明专利]一种基于积分型扩张状态观测器大失准角快速对准方法

说明书

本发明公开了一种基于积分型扩张状态感测器的对准方法，适用于捷联惯性导航系统静坐基座大失准角对准的情况，解决大失准角条件下对准速度慢、误差波动大的问题。本发明通过IESO来对系统输出进行状态估计，从估计量中提取失准角信息。根据捷联惯性导航系统的东向和北向的误差回路，分别设计了用以减小东向失准角和天向失准角的4阶IESO滤波器和用以减小北向失准角的3阶IESO滤波器。进而通过失准角的修正量来得到陀螺仪的补偿量，完成对准。本发明所述方法不需要经过粗对准，且滤波器稳定性能较好，从而使得对准时间有效地减少。

技术领域

本发明属于捷联惯性导航系统初始对准领域，尤其涉及一种基于积分型扩张状态观测器大失准角快速对准方法。

背景技术

惯性导航系统具有自主性强、抗干扰能力强、可以提供实时的导航参数等优点，因此广泛应用于航空、航天、航海及陆地等各重要领域，在军事和民用导航中都具有重要地位。根据系统中有无物理平台，惯性导航系统通常分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统。捷联式惯导系统将惯性仪表(通常包括陀螺仪和加速度计)直接固连在运载体上，通过计算机搭建数学虚拟平台进行导航工作。相对平台惯导系统而言，省去了复杂的物理平台，因此具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点，其应用范围不断扩大。

捷联惯导系统是在一定导航信息初值的基础上，通过仪表测量信息不断自主式推算更新导航信息的系统。在捷联惯导系统中，其速度和位置更新需要通过数学平台进行，为了避免因为数学平台误差引起加速度测量误差，平台必须准确地建立与导航坐标系之间的转换关系。捷联惯导系统启动后，数学平台的轴向并不一定与导航坐标系重合，所以必须确定数学平台的坐标系与导航坐标系之间的转换关系以保证系统进入导航状态时能够准确的进行导航工作，此建立载体数学平台与导航坐标系之间转化关系的过程称为捷联惯导系统的初始对准。初始对准误差是惯导系统的主要误差源之一，如果初始对准误差较大，将会直接影响后续计算，产生误差积累和发散，对导航准确程度有很大的影响，所以初始对准对于后续导航精度至关重要。

通常的对准方法有通过卡尔曼滤波的状态估计方法和基于传统控制理论的罗经法。对于大失准角的情况下，由于系统非线性误差严重，噪声统计特性未知，卡尔曼滤波对于航向的观测度较差，对准速度较慢且对于航向的估计效果较差。罗经法基于传统控制的思想，能较好的抑制扰动，但本身适用于粗对准后达到小失准角的条件，在大失准角下直接应用时收敛速度大大降低，对准时间较长且容易产生误差的震荡。而积分型扩张状态观测器的引入可以结合卡尔曼滤波状态估计的优点，同时模仿罗经法控制回路的方式，可以达到抗扰动性强、对准速度快的特点，解决大失准角下对准时间长、精度差的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，改进传统方法大失准角下对准速度慢的问题，本发明提出了一种基于积分型扩张状态感测器(Integral Extended StatesObserver,IESO)的大失准角快速对准方法。

技术方案：一种基于积分型扩张状态观测器大失准角快速对准方法，包括以下步骤：

步骤A：通过陀螺仪信息和加速度计信息的输入进行捷联解算，并对输出的解算速度进行积分获得位移信息，所述位移信息包括东向位移、北向位移；

步骤B：将步骤A中所得的东向位移送入3阶IESO进行东向回路状态观测，得到3阶IESO的状态估计量；将步骤A中所得的北向位移送入4阶IESO进行北向回路状态观测，得到4阶IESO的状态估计量；

步骤C：由步骤B中3阶IESO的状态估计量构建反馈控制量用以修正北向失准角，得到北向失准角修正量；由4阶IESO的状态估计量构建反馈控制量用以修正东向失准角和天向失准角，得到东向失准角修正量和天向失准角修正量，通过所述三个失准角的修正量得到陀螺仪的补偿量，对陀螺仪输入进行补偿，完成对准。