[发明专利]一种舰船捷联惯导系统的高精度初始对准方法

权利要求书

1.一种舰船捷联惯导系统的高精度初始对准方法，其特征在于，包括：

基于舰船捷联惯导系统各项误差量传播规律与外界高精度定位设备提供的精确位置和速度参考，建立舰船捷联惯导系统的初始对准模型；

基于卡尔曼滤波法对所述初始对准模型进行估计，其中，通过调整系统状态协方差矩阵的维数，优化系统状态协方差矩阵，对所述初始对准模型的一部分误差量进行优先迭代估计；

在所述一部分误差量优先估计的基础上，对所述初始对准模型的其余误差量进行迭代估计；

其中，在迭代估计的过程中，通过调整系统状态协方差矩阵的大小，来优化系统状态协方差矩阵；

所述基于舰船捷联惯导系统各项误差量传播规律与外界高精度定位设备提供的精确位置和速度参考，建立舰船捷联惯导系统的初始对准模型，包括：

(1)；

其中，、、为东向、北向、方位姿态角误差，、、为东向、北向和天向速度误差，、为纬度、经度误差，、、为陀螺漂移，、、为加速度计零偏，且；

其状态方程可表示为：

（2）；

其中表示14×14维的状态系数矩阵，表示14×6的状态噪声系数矩阵，表示6×1维的陀螺和加速度计的噪声矩阵。

2.根据权利要求1所述的高精度初始对准方法，其特征在于，所述初始对准模型的观测量为舰船捷联惯导系统与外界高精度定位设备的速度和位置之差，表示为：

(3)；

式中，为舰船捷联惯导系统和外界高精度定位设备之间的位置差和速度差，为量测矩阵，是量测噪声；

(4)；

(5)；

其中，和分别表示舰船捷联惯导系统和外界高精度定位设备提供的位置，和分别表示舰船捷联惯导系统和外界高精度定位设备提供的速度。

3.根据权利要求2所述的高精度初始对准方法，其特征在于，所述基于卡尔曼滤波法对所述初始对准模型进行估计，其中，通过调整系统状态协方差矩阵的维数，优化系统状态协方差矩阵，包括：

对式(2)和式(3)离散化如下：

(6)；

式中，是14维的状态向量，是4维的量测向量；、和是已知的系统结构参数，分别称为14维的状态一步转移矩阵、维的系统噪声分配矩阵、维的量测矩阵；是6维的系统噪声向量，是4维的量测噪声向量；

对式（6）采用如下的卡尔曼滤波法进行迭代更新，对所述初始对准模型的各个误差量进行估计：

根据前一时刻的状态量预测下一时刻的状态量：

(7);

下一时刻的预测状态协方差矩阵：

(8)；

滤波增益：

(9)；

下一时刻的状态估计值：

(10);

下一时刻的状态估计协方差矩阵：

(11);

通过调整初始的系统状态协方差矩阵的维数，来对所述初始对准模型的误差量进行降维。

4.根据权利要求3所述的高精度初始对准方法，其特征在于，所述对所述初始对准模型的一部分误差量进行优先迭代估计，包括：

通过调整初始的系统状态协方差矩阵的维数，使得在规定的对准时间的前六分之一的时间内，只对加速度计的零偏进行迭代估计，直到加速度计的零偏闭环。

5.根据权利要求4所述的高精度初始对准方法，其特征在于，所述在所述一部分误差量优先估计的基础上，对所述初始对准模型的其余误差量进行迭代估计，包括：

在所述加速度计的零偏估计的基础上，调整初始的系统状态协方差矩阵的维数，使得在规定的对准时间的后六分之五的时间内，对所述初始对准模型的陀螺零偏误差和加速度计零偏误差进一步迭代估计，其中，此次迭代估计，是对所述初始对准模型中的原始加速度计零偏误差扣除在规定的对准时间的前六分之一的时间内优先迭代估计的加速度计零偏误差的剩余加速度计零偏误差和陀螺零偏误差进行迭代估计。

6.根据权利要求5所述的高精度初始对准方法，其特征在于，所述在迭代估计的过程中，通过调整系统状态协方差矩阵的大小，来优化系统状态协方差矩阵，包括：

按照设定时间间隔对系统状态协方差矩阵的大小进行调整，其调整方法包括：

当此时迭代的陀螺和加速度计零偏误差对应的当前系统协方差矩阵的值大于初始的系统状态协方差矩阵时，保持当前系统状态协方差矩阵的值不变；

当此时迭代的陀螺和加速度计零偏误差对应的当前系统协方差矩阵的值小于初始的系统状态协方差矩阵时，将当前系统协方差矩阵的值重新设置为初始的系统状态协方差矩阵。