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专利名称：一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法
技术领域：
本发明涉及一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，属于捷联惯性导航技术领域。
背景技术：
捷联惯导由于不需要任何外界的参考信息，也不向外界发射任何信息，因而捷联惯导是一种完全自主的导航方式，它具有不依赖外界信息，隐蔽性强，机动灵活等优点，且具备多功能参数输出；与平台惯导相比，捷联惯导系统不需要精密的稳定平台，减少了硬件结构，因而成本大大降低。捷联惯导系统存在误差随时间迅速积累的问题，导航精度随时间而发散，在精度要求较高的情况下，捷联惯导系统不能单独长时间工作，必须不断以其他信息加以修正。·
初始对准对于捷联式惯导系统来说，初始对准就是确定初始时刻的姿态矩阵，使数学平台坐标系与导航坐标系重合。惯导系统的初始对准按对准的阶段分可分为粗对准和精对准，按对准轴系分可分为水平对准和方位对准，按基座的运动状态分可分为静基座对准和动基座对准，按对外部信息的依赖程度分可分为主动式对准和非主动式对准。初始对准的精确性和快速性是惯导系统的两项重要技术指标。传递对准当系统中存在多个惯组时，如果惯组之间的精度存在较大的差别，可以使用精度较高的惯组去校正精度较低的惯组，这种技术即传递对准技术。传递对准实际上是一种动基座对准，它利用精度较高的主惯导系统(MINS)来校准未对准的子惯导系统(SINS)。传递对准技术的提出最初是为了应用于机载导弹的快速对准，后来又引入到舰载设备初始对准领域。现在已广泛应用于机载、舰载及陆地战车的导弹初始对准，舰载机起飞iu的对准等等。协同概念如果惯组之间存在直接相对观测或者间接相对观测，那么通过一定的信息交换，就可以实现相互之间导航资源的共享，从而获得比独自导航更优的性能，这种导航方式称为协同导航。将协同导航的概念引入多惯组系统中，当惯组之间存在相互测量信息或者多惯组的测量信息有一定的联系的时候，可以利用相互导航资源的共享来提高单独导航性能。Kalman滤波技术在组合导航系统中，Kalman滤波器根据外部参考信息,对惯导系统的误差进行校正。Kalman滤波是从与被提取信号有关的观测量中，通过算法估计出所需信号的一种滤波算法，是一种递推线性最小方差估计。其中被估信号是由白噪声激励所引起的随机响应，估计过程中利用了系统的状态方程、量测方程、白噪声激励的统计特性和量测误差的统计特性。张立川等在《基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法》中提到，提出了一种基于双水听器信号的MAUVS协同定位方法在主从式结构中，主AUV内部装备高精度导航设备，从AUV内部装备低精度导航设备，外部均装备水声装置测量相对位置关系，从AUV通过水声测量确定出相对距离和相对方位角，再辅以主AUV精确位置，得到从AUV精确位置。(参考文献[张立川，徐德民，刘明雍.基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法[J].西安西北工业大学航海学院.2011])，但是存在的缺点是1、要求主惯组比从惯组的精度高；2、同等精度惯组不适用该方案进行协同导航。还有一种基于数据链无线电测距功能实现智能导弹协同定位的方法。考虑智能导弹编队由领弹和攻击弹组成，给出了智能导弹编队协同作战模式和基于数据链的无线电测距方法。这种方法将领弹与攻击弹之间的相对距离信息和攻击弹自身的惯导信息相结合，从而实现了攻击弹的精确定位。(参考文献[王小刚，郭继峰，崔乃刚.基于数据链的智能导弹协同定位方法[J].哈尔滨哈尔滨工业大学航天学院，2009])但是存在的缺点是1、要求领弹惯组具有较高的精度，领弹的惯组精度直接影响定位的精度；2、领弹和从弹惯组有相同精度的时候，该方案不适用；3、既定数目领弹执行协同搜索任务时，在考虑最大搜索范围的同时，也要考虑到搜索编队构型对协同定位精度的影响；4、该方法也受领弹数目和领弹与攻击弹之间队形几何条件约束。传递对准技术通常要求母惯组的精度一般比子惯组的精度高几个数量级，当两个同等精度的惯组同时进行对准时，传统意义上的传递对准方案并不适用。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，本发明将协同概念引入初始对准中，建立多惯组间不同方面的约束关系，得到了适用于同等精度条件下多惯组协同初始对准方案。本发明的一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，包括以下几个步骤步骤一、建立单惯组对准数学模型，惯组A和惯组B利用各自的惯性测量单元测得载体的加速度和角速度信息，并进行捷联惯导导航解算，得到惯组A和惯组B导航参数信息；步骤二、基于单惯组对准数学模型，建立多惯组协同对准的状态方程；步骤三、建立多惯组系统的约束关系；步骤四建立基于惯组信息约束的多惯组协同对准的量测方程；步骤五、建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到子惯导导航参数修正信息；步骤六、将惯组A和惯组B的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行惯组A和惯组B导航参数的修正和对准。本发明的优点在于本发明的仿真结果表明，利用各惯组漂移误差间的约束关系建立的协同对准方案可以有效地提高多惯组的对准精度，能同时提升多惯组器件误差估计的精度和速度；在引入姿态角约束信息后，对准性能及器件误差估计的改善更为显著。


图I是本发明的方法流程图；图2是协同对准方案I与无协同对准，对准误差仿真结果的比较；图3是协同对准方案I与协对准方案2，对准误差仿真结果比较；
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，针对由两个惯组构成的系统，两个惯组分别记为惯组A和惯组B，方法流程如图I所示，包括以下几个步骤步骤一、建立单惯组对准数学模型，惯组A和惯组B利用各自的惯性测量单元测得载体的加速度和角速度信息，并进行捷联惯导导航的解算，得到惯组A和惯组B导航参数信肩、O建立单惯组对准数学模型，包括状态方程和量测方程，具体如下I、根据对INS (惯性导航系统)误差模型的分析，建立对准滤波器状态方程
权利要求
1.一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，针对由两个惯组构成的系统，两个惯组分别记为惯组A和惯组B，其特征在于，包括以下几个步骤 步骤一、建立单惯组对准数学模型，惯组A和惯组B利用各自的惯性测量单元测得载体的加速度和角速度信息，并进行捷联惯导导航解算，得到惯组A和惯组B导航参数信息；建立单惯组对准数学模型，包括状态方程和量测方程，具体如下 <1>建立对准滤波器状态方程夕(0 =厂(/)A,(/)+r,'(/)f,K(/) 其中，x(t) e R15为状态变量，F(t) e R15x15为系统误差矩阵，根据误差模型得到，W(t)为系统噪声向量，G(t)为系统噪声矩阵； 状态变量为δθχ, SOy, Sh, Svx, , δνζ, ψχ，ψ、, ψζ, εχ, ε)，&, Vx, Vji, Vz 其中导航坐标系χ、y、ζ分别表示东向、北向、天向，ψχ，￥y, ψζ为惯导系统东向、北向、天向的平台误差角，SVx，5Vy, 3^为惯导系统东向、北向、天向的速度误差，δ θ χ, δ Θ y, δ h为惯导系统向东、北向、天向的位置误差，ε χ, ε y, εζ为陀螺仪东向、北向、天向的随机漂移，为东向、北向、天向的加速度计偏置；初始对准的系统误差矩阵为
2.根据权利要求I所述的一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，其特征在于，步骤六中所述的导航参数包括平台误差角、速度误差、位置误差、陀螺随机漂移、加速度计偏置。
全文摘要
本发明公开了一种基于多惯组信息约束的协同初始对准方法，步骤一、建立单惯组对准数学模型，惯组A和惯组B利用各自的惯性测量单元测得载体的加速度和角速度信息，并进行捷联惯导导航解算，得到惯组A和惯组B导航参数信息；步骤二、建立多惯组协同对准的状态方程；步骤三、建立多惯组系统的约束关系；步骤四建立基于惯组信息约束的多惯组协同对准的量测方程；步骤五、建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到子惯导导航参数修正信息；步骤六、将导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行惯组A和惯组B导航参数的修正和对准。本发明提高多惯组的对准精度，能同时提升多惯组器件误差估计的精度和速度。
文档编号G01C21/16GK102901514SQ201210361180
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者芦佳振, 邬战军, 张春熹, 李保国, 黄庆芳 申请人:北京航空航天大学