[发明专利]基于惯性角增量自适应补偿的惯性姿态匹配测量方法

摘要

本发明公开了一种基于惯性角增量自适应补偿的惯性姿态匹配测量方法，包括：根据惯性姿态匹配滤波器实时解算的有限长船体变形序列，拟合得到船体变形关于惯性角增量的线性相关模型；利用该线性相关模型对两套激光陀螺组合体中的第二激光陀螺组合体输出的惯性角增量进行在线补偿，然后根据补偿后的两套激光陀螺组合体输出的惯性角增量输入惯性姿态匹配滤波器，解算出当前时刻的船体变形角；重复上述过程，得到实时测量的船体变形角。本发明通过船体变形角增量关于惯性角增量的线性相关模型对陀螺惯性角增量进行补偿，可以有效抑制滤波过程中偏置误差的出现，提高船体变形的测量精度。

主权项

1.一种基于惯性角增量自适应补偿的惯性姿态匹配测量方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1：根据惯性姿态匹配滤波器实时解算的有限长船体变形序列，拟合得到船体变形关于惯性角增量的线性相关模型；惯性姿态匹配滤波器由一步状态转移方程和一步观测方程组成；一步状态转移方程由长期变形模型、动态挠曲变形模型、姿态误差差值模型和随机零偏差值模型组成，分别为：其中，分别为k时刻和(k‑1)时刻的长期变形，为长期变形模型噪声幅度的方差经向量对角化排列成的矩阵，为服从均值为零、方差为1的高斯分布白噪声向量，表示k时刻的服从高斯‑马尔可夫随机模型描述的动态挠曲变形分量，[C₁₁,C₁₂,C₁₃]为动态挠曲变形模型参数矩阵；分别为k时刻和(k‑1)时刻的姿态误差差值，分别为k时刻和(k‑1)时刻的随机零偏差值，为随机零偏差值模型噪声幅度的方差向量经向量对角化排列成的矩阵，为k时刻的第一激光陀螺组合体的惯性姿态对应的由载体坐标系b₁变换到惯性坐标系i₁的旋转变换矩阵，ΔT为单位采样时间；一步观测方程为：其中，和A(k)为根据两套激光陀螺输出的角增量计算得到的第k时刻的测量向量和测量矩阵；将(1)～(5)式写成矩阵形式为：式中，为k时刻的状态估计量；和分别为k时刻的状态噪声和观测噪声，均服从零均值的高斯白噪声分布；状态估计量一步状态转移矩阵F(k)、一步观测矩阵H(k)、状态噪声矩阵W(k)和观测噪声矩阵R(k)分别定义如下：H(k)＝[I I 0 ‑A(k) 0]^T                      (11)其中，表示观测噪声的幅度方差；上标(T)表示矩阵转置，I表示(3×3)的单位矩阵，表示(3×3)的对角矩阵；线性相关模型的计算过程为：根据第k‑1时刻前长度为L的船体变形滤波估计序列：计算得到长度为L‑1的船体变形角增量序列为：其中，已知第一激光陀螺组合体输出的惯性角增量序列为：将船体变形角增量序列表征为关于惯性角增量序列的线性相关模型，得到：其中，矩阵A、B、C、D为自回归系数，将式(14)和(15)根据式(16)写成矩阵形式，得：由最小二乘法求解得到自回归系数的最小二乘解并令：其中，diag(·)表示矩阵的对角元素，得到船体变形角增量关于惯性角增量的线性相关模型为：步骤2：利用该线性相关模型对两套激光陀螺组合体中的第二激光陀螺组合体输出的惯性角增量进行在线补偿，然后根据补偿后的两套激光陀螺组合体输出的惯性角增量输入惯性姿态匹配滤波器，解算出当前时刻的船体变形角；步骤3：重复步骤1‑步骤2，得到实时测量的船体变形角。