[发明专利]基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法

权利要求书

1.一种基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将捷联惯导系统安装在重力仪平台底部中心，捷联惯导系统底座中心与平台底部中心重合；

步骤2，根据重力仪平台的位置信息及捷联惯导系统输出的数据进行粗对准，得到捷联惯导系统姿态的粗略估计值；

步骤3，控制重力仪平台进行双轴周期旋转，在旋转过程中，采集捷联惯导系统输出数据，建立旋转式捷联惯导系统非线性误差模型，以捷联惯导系统输出的速度作为速度误差观测量，通过容积卡尔曼滤波获取捷联惯导系统的姿态误差，根据粗略估计值与姿态误差的差值作为捷联惯导系统的初始对准值；

所述旋转式捷联惯导系统非线性误差模型为

式中，I₃为单位矩阵；

为n系至n′系的姿态转移矩阵，其中

为捷联惯导系统计算得到的载体姿态；

为捷联惯导系统加速度计输出的比力；

为平台坐标系至载体坐标系的姿态转移矩阵；

为加速度计在平台坐标系输出的比力误差；

为地球自转角速率在n系的投影；

为地球自转角速率在n系的投影误差；

为n系相对地球坐标系的自转角速度在n系的投影；

为n系相对地球坐标系的自转角速度在n系的投影误差；

为的计算值；为的计算值；

δvⁿ为捷联惯导系统的速度误差；

转移矩阵A为：

为陀螺在平台坐标系的输出误差；

δgⁿ为地球自转重力在导航坐标系的误差；

[φ_x,φ_y,φ_z]为捷联惯导系统的姿态误差。

2.根据权利要求1所述的基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其特征在于：所述粗对准的方法为惯性系对准方法。

3.根据权利要求1所述的基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其特征在于，所述双轴周期旋转包括两个周期，每个周期的过程为：先绕重力仪平台横轴转动，再绕重力仪平台纵轴转动。

4.根据权利要求3所述的基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其特征在于，所述绕重力仪平台横轴转动的方式与绕重力仪平台纵轴转动的方式相同，转动方式均为：正转一定角度α，停止ΔT时间；再反转一定角度α，停止ΔT时间；接着反转一定角度α，停止ΔT时间；再正转一定角度α，停止ΔT时间。

5.根据权利要求1所述的基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其特征在于，所述通过容积卡尔曼滤波获取捷联惯导系统的姿态误差包括以下步骤：

①、k-1时刻的状态估计值x_k-1及估计均方差值P_k-1已知，通过Cholesky分解P_k-1得到其中S_k-1为k-1时刻Cholesky分解得到的矩阵，定义k为系统采样顺序值，取值为1,2,……,L，L为一周期内最后一次采样顺序值；

②、计算时间更新k时刻的容积点X_i,k-1＝S_k-1ξ_i+x_k-1；

其中i＝1,2,...,m；m＝2n，n为系统状态维度，为容积点集，[1]为m维单位球面与各坐标轴的交点；

③、计算时间更新k时刻的传递值

其中f(·)为关于姿态误差的系统函数；

④、计算k时刻的状态预测值

⑤、计算k时刻的预测均方误差

其中Q_k-1为k-1时刻系统噪声协方差矩阵；

⑥、通过Cholesky分解P_k/k-1得到其中S_k/k-1为k时刻Cholesky分解得到的矩阵；

⑦、计算量测更新k时刻的容积点

⑧、计算量测更新k时刻的传递值Z_i,k/k-1＝HX_i,k/k-1，其中

⑨、计算k时刻的观测预测值

⑩、计算自相关协方差其中R_k为k时刻观测噪声协方差矩阵；

计算互相关协方差

计算滤波增益

计算k时刻的状态估计值其中Z_k为k时刻的速度误差观测量；

计算k时刻的估计均方差值

将x_k和P_k定义为新的x_k-1和P_k-1，重复步骤直至k取值为L时，得到第L次采样时刻的状态估计值x_L，根据状态变量方程得到姿态误差φ＝[φ_x,φ_y,φ_z]，其中为重力仪平台上三个加速度计在平台坐标系下的常值零偏，为重力仪平台上三个陀螺仪在平台坐标系下的常值漂移。