[发明专利]一种基于状态变换的多普勒辅助捷联惯导系统初始对准方法

说明书

本发明提供一种基于状态变换的多普勒辅助捷联惯导系统初始对准方法，具体包括：步骤一：构建基于载体系速度误差的捷联惯导系统误差方程。步骤二：构建基于状态变换的多普勒测速仪辅助捷联惯性导航系统初始对准的卡尔曼滤波模型。步骤三：利用卡尔曼滤波器对SINS初始误差状态进行估计，完成对准任务。本发明是一种适用于初始大方位失准角条件下的SINS/DVL组合导航系统初始对准方法，具有较高的工程应用价值。本发明利用载体系速度误差模型，并构建了SINS和DVL安装偏差角模型，模型精度高，实验证明所提方法对准精度高。

技术领域

本发明涉及一种初始对准方法，尤其涉及一种基于状态变换的多普勒辅助捷联惯导系统初始对准方法，是一种涉及捷联惯性导航系统及声学多普勒测速仪构成的组合导航系统的初始对准方法。

背景技术

随着对海洋的发展与探索，自主水下潜航器在各种海洋应用领域的日益普及，高精度导航是航行器能够完成任务的前提保障，所以导航技术至关重要。捷联惯导系统(SINS)以其充分的自主性、短时高精度、良好的隐蔽性成为水下航行器的首选。但由于惯性装置的误差，导航定位误差随时间积累，初始误差将直接影响后续的导航精度，造成SINS不能完成长时间的导航。初始对准是赋予SINS初始姿态、速度、位置的过程，现有方法难以在多普勒测速仪(DVL)辅助条件下实现大方位误差角的初始对准，其主要原因是模型不够精确，目前多采用粗对准结合精对准的初始对准方法，但在载体存在高机动状态下粗对准往往难以达到较高的对准精度，造成后续精对准精度难以符合线性模型假设。在大方位失准角条件下的初始对准技术具有较高的研究价值。

发明内容

本发明的目的是为了在载体存在高机动状态粗对准难以达到较高的对准精度的条件下，而提供一种新的基于状态变换的多普勒辅助捷联惯导系统初始对准方法，可以提高在粗对准精度不足时DVL辅助SINS的最终对准精度。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：构建基于载体系速度误差的捷联惯导系统误差方程；

步骤二：构建基于状态变换的多普勒测速仪辅助捷联惯性导航系统初始对准的卡尔曼滤波模型；

步骤三：以DVL速度辅助计算得到SINS载体系下速度误差为观测量，利用卡尔曼滤波器对SINS初始误差状态进行估计，完成对准任务。

进一步地，所述步骤一具体包括：构建基于载体系速度误差的速度误差方程、姿态误差方程、位置误差方程。

进一步地，所述速度误差方程为：

其中，表示导航系到载体系的捷联矩阵，b表示载体系，n表示导航坐标系，失准角φ，速度误差δv^b，位置误差δp及重力投影误差δgⁿ，v^b为捷联惯导在载体系的速度，为地球自转角速度在导航系的投影，为陀螺仪测得的角速率，gⁿ为重力在导航坐标系的投影，为捷联惯导系统解算的地球自转角速度误差，ε^b为陀螺漂移，▽^b为加速度计零偏。

进一步地，所述姿态误差方程为：

其中，Μ_aa是姿态微分对姿态误差的转移矩阵，Μ_av姿态微分对速度误差的转移矩阵，Μ_ap姿态微分对位置误差的转移矩阵，为载体系到导航系得捷联矩阵。

进一步地，所述位置误差方程为：

其中，Μ_pa是位置微分对姿态误差的转移矩阵，Μ_pv位置微分对速度误差的转移矩阵，Μ_pp位置微分对位置误差的转移矩阵。