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专利名称：一种基于超球体采样的初始对准方法
技术领域：
本发明涉及一种基于超球体采样的初始对准方法，属于导航技术领域。
背景技术：
初始对准是实现惯性导航高精度的一项关键技术，初始对准的精度直接影响着惯导系统的精度，对准时间也是反映武器系统快速反应能力的重要战术指标。传统的初始对准是基于线性初始对准误差方程，引入外界的测量信息，利用卡尔曼滤波算法对姿态误差角进行估计的。由于初始对准是个实际的问题决定了在实际操作中的困难。如(1)实际初始对准过程是个非线性过程，相应的误差方程也应为非线性模型，其线性模型是在误差角为小量的前提下对非线性模型进行线性化得到的，当姿态失准角变大时，将导致线性模型不再适用，导致滤波估计精度下降。(2)在实际应用中当在不精确或错误的噪声统计情况下，卡尔曼滤波的稳定性下降，收敛速度变慢，甚至导致滤波发散，这时针对非线性模型就需要设计跟踪能力更强的滤波算法。(3)非线性滤波需要通过采样点来传递非线性的函数关系，传统的UT(无迹)变换需要2η+1 (η为状态变量个数)个采样点，为了减少计算量，在保证滤波精度的条件下，利用超球体采样策略，减少了采样点，降低了采样部分的计算量。UKF (无迹滤波)在SINS (捷联惯性导航系统)静基座大方位失准角初始对准中计算量大，在不精确或错误的噪声统计情况下，收敛速度变慢，估计精度下降，甚至滤波发散。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于超球体采样和STFUKF(强跟踪无迹滤波)方法用于SINS静基座初始对准，该初始对准方法采用超球体采样与强跟踪无迹滤波(STFUKF)方法相结合，利用SINS非线性误差模型，通过滤波估计出状态信息，从而获得初始姿态矩阵。本发明的一种基于超球体采样的初始对准方法，包括以下几个步骤步骤一，建立SINS静基座初始对准的非线性状态方程；步骤二，建立基于超球体采样的强跟踪无迹滤波方法，得到状态变量估计值；步骤三，由导航计算机，采集轨迹发生器的惯性器件输出信息，并完成对准过程。本发明的优点在于(1)利用超球体的采样策略，减少了采样点的数量，降低了计算量，减少了采样部分的时间；(2)将强跟踪滤波与UKF相结合应用到捷联惯导静基座初始对准中，解决系统以及噪声不确定性所带来的滤波精度下降的问题；(3)所采用的非线性模型不受航向失准角大小的限制，使用范围更加广泛；(4)将超球体采样与强跟踪无迹滤波(STFUKF)方法相结合，具有精度高、抗干扰性好、跟踪能力强的特点。


图1是本发明的方法流程图；图2是在仿真时间为300s，三种方法的。，误差角度曲线。图3是在仿真时间为300s，三种方法的。，误差角度曲线。图4是在仿真时间为300s，三种方法的。2误差角度曲线。图5是在仿真时间为1000s，三种方法的。，误差角度曲线。图6是在仿真时间为1000s，三种方法的。，误差角度曲线。图7是在仿真时间为1000s，三种方法的。2误差角度曲线。图8是在仿真时间为1000s，加入改进方法之后的。，误差角度曲线。图9是在仿真时间为1000s，加入改进方法之后的。，误差角度曲线。图10是在仿真时间为1000s，加入改进方法之后的。2误差角度曲线。
具体实施例方式
步骤:
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种基于超球体采样的初始对准方法，流程如图1所示，包括以下几个
步骤一，建立SINS静基座初始对准的非线性状态方程；
本发明中，地心惯性坐标系(i表示)为^qyiZi ；导航坐标系选为地理系(t表示)， 地理系(t表示)为；计算地理系(c表示)为\w。假设计算地理系和实际地理系之间的姿态误差角分别为水平两个方向的水平误差角φχ，Φγ和垂直方向上得方位误差角ΦΖ，则地理系到计算地理系通过以下转动方式实现t系绕着Zt轴转动Φζ，得到、系U1坐标系)；、系绕·\轴转动Φχ，得到t2系(t2 坐标系)；t2系绕A轴转动Φγ，得到C系(C坐标系)。因为水平误差角φχ，φ,都在1°以内，可以视其为小量，则SinOx ^ cDx，sinOy ^ Φ,,οο8Φχ = cosOy ^ l，t系和c系之间的关系用下面的矩阵表示
权利要求
1. 一种基于超球体采样的初始对准方法，其特征在于，包括以下几个步骤 步骤一，建立SINS静基座初始对准的非线性状态方程；地心惯性坐标系i为XiyiZi ；导航坐标系选为地理系，地理系t为；计算地理系c
2.根据权利要求1所述的一种基于超球体采样的初始对准方法，其特征在于，所述的步骤二 ；3)中μ按照下述的强跟踪算法获得观测量Z的一步预测值i和观测量Ζ，求得残差γ为;/ = Z-i，由残差γ计算残差矩阵 V，V的初值V(I)为V⑴=Y(I) · Υ(1)τ，其中，Y(I)为第一步滤波时产生的残差； 当进行第二步滤波以及进一步滤波时，V的值通过以下递推关系得到
全文摘要
本发明公开了一种基于超球体采样的初始对准方法，包括以下几个步骤步骤一，建立SINS静基座初始对准的非线性状态方程；步骤二，建立基于超球体采样的强跟踪无迹滤波方法，得到状态变量估计值；步骤三，由导航计算机，采集轨迹发生器的惯性器件输出信息，并完成对准过程。本发明利用超球体的采样策略，减少了采样点的数量，降低了计算量，减少了采样部分的时间；本发明将强跟踪滤波与UKF相结合应用到捷联惯导静基座初始对准中，解决系统以及噪声不确定性所带来的滤波精度下降的问题。
文档编号G01C21/16GK102359786SQ20111020177
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者王养柱, 胡永浩 申请人:北京航空航天大学