[发明专利]一种基于惯性系的组合导航初始粗对准方法

说明书

技术领域

本发明属于捷联惯性导航技术领域，特别涉及了一种基于惯性系的组合导航初始粗对准方法。

背景技术

初始对准是管道系统开始导航之前必不可少的准备工作，对准的精度和时间更是直接影响到后续导航的精度以及惯导系统的启动时间。捷联惯导系统初始对准可以分为粗对准和精对准两个阶段，而精对准的对准精度很大程度上取决于粗对准。

目前常用的对准方法包括传统的解析式粗对准结合卡尔曼滤波实现的静基座对准方法、通过提高系统的可观测性进而提高对准精度的多位置对准方法、传递对准方法、摇摆晃动条件下或是行进中实现的动基座条件下的对准方法。其中，在摇摆晃动基座条件下的一类对准方法是将初始捷联矩阵分解为惯性坐标系相对导航坐标系的变换矩阵、初始载体坐标系相对惯性坐标系的矩阵和载体坐标系相对初始载体坐标系的变换矩阵的乘积的形式，求解初始载体坐标系与惯性坐标系之间的变换矩阵，进而实现初始对准的惯性坐标系对准方法。但是现有的初始对准方法的精度经常无法满足要求。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于惯性系的组合导航初始粗对准方法，提高初始粗对准的精度。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于惯性系的组合导航初始粗对准方法，包括以下步骤：

(1)建立初始对准坐标系；

(2)获取传感器信息，包括GPS系统得到的经纬度信息、里程计的速度信息以及陀螺仪和加速度计的信息，并利用经纬度信息求取变换矩阵；

(3)利用FIR滤波器对陀螺仪、加速度计以及里程计的信息进行滤波以降低系统的高频噪声干扰，并对FIR滤波器进行时延分析；

(4)将FIR滤波器的输出用于导航解算，将姿态矩阵分解成多个坐标变换矩阵，从而将姿态矩阵的求解转化为常值矩阵求解，并对FIR滤波器进行时延补偿，其中下标b表示载体坐标系，上标n表示导航坐标系，下标表示凝固惯性坐标系，上标i₀表示初始时刻惯性坐标系；

(5)采用姿态优化算法求解常值矩阵完成初始粗对准。

进一步地，步骤(1)中所述初始对准坐标系包括：

i系，即地心惯性坐标系，ox_i轴在赤道平面内且指向春分点，oz_i轴指向地球自转方向，三轴构成右手坐标系；

e系，即地球坐标系，ox_e轴在赤道平面内且指向中央子午线，oz_e轴沿地球自转方向，三轴构成右手坐标系；

n系，即导航坐标系，选取“东-北-天”坐标系为导航坐标系；

b系，即载体坐标系，定义“右-前-上”坐标系为载体系；

i₀系，即初始时刻惯性坐标系，在初始对准起始时刻，ox_i0轴在当地子午面内且平行于赤道平面，oz_i0轴指向地球自转方向，三轴构成右手坐标系，初始对准开始后i₀系三轴方向相对惯性空间保持不动；

e₀系，即初始时刻地球坐标系，原点为地球中心，ox_e0轴在赤道平面内且指向当地子午线，oz_e0沿地球自转方向，三轴构成右手坐标系；

n₀系，即初始时刻导航坐标系，把初始对准开始时刻的导航坐标系定义为n₀系，它相对地球表面固定不动，即不随捷联惯组在地球表面运动而运动；

系，即凝固惯性坐标系，在初始对准起始时刻系重合于b系，初始对准开始后系不随捷联惯性系统转动，即在惯性空间中保持指向不变。

进一步地，在步骤(3)中采用三阶FIR滤波器，滤波公式如下：

y(k)＝b₀x(k)+b₁x(k-1)+b₂x(k-2)+b₃x(k-3)-a₁y(k-1)-a₂y(k-2)-a₃y(k-3)上式中，x(k)为传感器读取的数据，y(k)为FIR滤波器的输出；b₀,a_i,b_i为系数，i＝1,2,3。

进一步地，在步骤(3)中，计算FIR滤波器的时间延迟：

上式中，N为抽头数，Fs为采样频率。