[发明专利]一种离线小波降噪快速初始对准方法

权利要求书

1.一种离线小波降噪快速初始对准方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤一、传感器数据获取，包括光纤陀螺仪和石英挠性加速度计数据；

步骤二、建立初始对准坐标系，包括初始载体坐标系、初始导航坐标系、初始地球坐标系、载体坐标系、导航坐标系、地球坐标系与惯性坐标系；

步骤三、建立重力视运动矢量模型，构造离线小波降噪算法；

(1)重力视运动矢量模型

所述的重力视运动矢量模型采用如下变换得到：

运动载体的比力方程可以由下式得到

式中：表示导航系速度微分；fⁿ表示导航系比力；表示地球自转角速率在导航系上的投影；表示导航系相对于地球系运动角速度在导航系上的投影；gⁿ表示载体所在位置导航系重力；

由于载体处于静止状态，因此所述导航系速度vⁿ与导航系速度微分为0，则可以得到简化变换模型为

式中：表示初始载体系与载体系之间的变换四元数；表示初始导航系与导航系之间的变换四元数；表示初始载体系与初始导航系之间的变换四元数；gⁿ表示载体所在位置导航系重力；*表示四元数取共轭运算；

由于实际加速度计与陀螺仪输出含有随机噪声，即

式中：表示加速度计量测加速度；f^b表示真实载体系加速度；表示加速度计测量零偏；∈^b表示加速度计测量随机噪声；表示陀螺仪测量角速度；ω^b表示真实载体运动角速度；ε^b表示陀螺仪测量零偏；η^b表示陀螺仪测量随机噪声；

因此，所述的重力视运动矢量可以表示为

式中：表示重力视运动矢量；表示初始载体系与载体系之间的变换四元数；表示误差四元数；f^b表示真实载体系加速度；表示加速度计测量零偏；∈^b表示加速度计测量随机噪声；*表示四元数取共轭运算；

对所述重力视运动矢量进行简化并忽略二阶噪声

式中：表示加速度计零偏在初始载体系上的投影；∈^b0表示加速度计随机噪声在初始载体系上的投影；

(2)离线小波降噪

离散小波降噪主要是实现对重力视运动矢量模型中的随机噪声进行降噪，从而提高重力视运动矢量的识别精度，加快粗对准过程；

对所述的重力视运动矢量采用小波分解，其分解过程为

式中，表示重力视运动矢量；c_0,m表示系数权重；φ_0,m(t)表示尺度函数；

由Mallat小波变换可知

式中，c_j,l表示第j层离散平滑逼近；d_j,l表示第j层离散细节信号；c_j-1,m表示第j-1层离散平滑逼近；h_0,m-2l和h_1,m-2l分别表示线性组合权重，可由下式计算

式中，φ_0,m(t)和φ_1,l(t)为尺度函数；ψ_0,m(t)表示小波函数；

通过分解之后小波系数，结合相应的阈值压缩方法，可以得到小波重构系数为：

式中，表示重构之后的第j-1层离散平滑逼近；表示重构之后的第j层离散平滑逼近；表示重构之后第j层离散细节信号；h_0,m-2l和h_1,m-2l分别表示线性组合权重；

结合重构系数降噪之后的重构重力视运动矢量为

式中，表示重构重力视运动矢量；表示重构之后初始离散逼近平滑；φ_0,m(t)表示尺度函数；

步骤四、利用降噪滤波之后的重构重力视运动矢量，进行最优初始姿态的解算；

步骤五、利用计算得到的最优初始姿态四元数，结合姿态矩阵链式法则，实现快速初始对准过程。