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专利名称：一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法
技术领域：
本发明涉及属于惯性导航技术领域，具体涉及一种适合车载光纤航姿系统的姿态 测量方法。尤其适用于高动态，对姿态精度要求较高的车载平台。
背景技术：
随着车载导航系统在民用领域里应用需求的只益增长，近年来车载组合导航技术 得到迅速发展。成本低、精度可靠已经成为用户对民用车载导航系统的基本要求。GPS定姿 系统具有成本低、功耗小、体积小、数据长期稳定性好等优点；但是GPS定姿系统也有其自 身的缺陷，例如数据更新率低、短期稳定性差，受GPS信号质量制约，在遮挡严重的区域和 发生周跳时，姿态计算将会发生错误等。捷联惯导系统(SINQ可以提供连续的载体位置、 速度、姿态信息，但是由于陀螺误差随时间不断累积，姿态确定的误差随之增大，在低成本 的条件下为了满足姿态确定的精度要求，使用纯惯性导航方案显然是不适用的。专利号为200710144846. 2的《适合于光纤陀螺的载体姿态测量方法》中采用了如 下方法通过外部设备确定载体的初始位置参数与初始速度值；光纤陀螺捷联惯性导航系 统进行初始对准，确定载体相对导航坐标系的初始姿态，得到姿态四元数的初始值；确定姿 态更新周期；采集光纤陀螺、加速度计输出的载体相对于惯性坐标系的角速度计算旋转矢 量的增量；通过旋转矢量与四元数的关系，得到姿态更新周期内姿态更新四元数；由姿态 四元数更新方程更新姿态四元数；计算载体坐标系b系相对于导航坐标系η系的捷联矩阵 T ；求载体相对导航坐标系的姿态角等步骤。由于原有光纤陀螺的载体姿态各种测量方法往往是以速度、位置作为观测量的， 即使有些方法采用GPS速度和姿态信息作为观测量，对各参数的评估精度较高，相对于采 用GPS位置和速度信息作为参考信息时，对姿态误差的评估精度有了较大提高，但是，对位 置和速度误差的评估精度未有明显改善。引入GPS姿态信息后对惯导姿态误差的评估精度 明显较未引入姿态信息时要好，但是对位置、速度的评估效果影响不大，没有明显的改善作 用。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法， 在车载应用平台上，实现高精度的姿态测量，为车载平台提供高精度的姿态信息，从而降低 对光纤航姿系统光纤陀螺和加速度计的精度要求。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为1、一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法，采用基于卡尔曼滤波器的低成本 光纤航姿系统与GPS组合导航系统，其特征在于，按照系统解算流程，当GPS输出有效后，利用GPS输出的姿态、速度和SINS输出的 姿态、速度之差作为观测量，具体包括如下步骤首先建立以SINS误差方程为基础的组合导航系统状态方程，并在误差方程的基
4础上建立组合系统的量程方程，用一阶线性随机微分方程来描述系统的误差状态传播特性 和系统的量测误差状态，方程如下X{t) = F{t)X{t) + G{t)W{t)..........................................(1)Z(t) = H(t)X(t)+V(t).......................................... O)选取SINS导航参数计算误差、光纤陀螺仪以及加速度计误差作为系统的状态变 量，共12维，即Xt φΝ,φν,δνΕ,δνΝ,δΙ,δλ,sbx,sby,sbz,Vbx,Vby]...............(3)式中ΦE，ΦΝ，Φυ为SINS姿态计算误差，δ Ve和δ Vn为SINS的速度误差；δ L和 δ λ为SINS位置误差；ε bx、ε by和ε bz为3个轴向陀螺漂移误差Vfcc5V^为加速度计测量
误差；选取SINS输出的航向角、北向、东向速度与GPS接收机输出相应信息的差值作为 观测量，构成3维观测方程，即
权利要求
1. 一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法，采用基于卡尔曼滤波器的低成本光纤 航姿系统与GPS组合导航系统，其特征在于，按照系统解算流程，当GPS输出有效后，利用GPS输出的姿态、速度和SINS输出的姿 态、速度之差作为观测量，具体包括如下步骤首先建立以SINS误差方程为基础的组合导航系统状态方程，并在误差方程的基础上 建立组合系统的量程方程，用一阶线性随机微分方程来描述系统的误差状态传播特性和系 统的量测误差状态，方程如下
2.根据权利要求1所述一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法，其特征在于，在 SINS初始对准前，对GPS故障信号进行检测与隔离，保证SINS/GPS组合系统的可靠性，具体 方法如下a、判断GPS数据检测是否位于SINS估计误差带内；b、判断GPS接收机是否存在丢失卫星，即数据不更新现象； C、判断GPS数据是否存在突变；d、残差χ 2检验法。
全文摘要
本发明涉及属于惯性导航技术领域，具体涉及一种适合车载光纤航姿系统的姿态测量方法。本发明采用基于卡尔曼滤波器的低成本光纤航姿系统与GPS组合导航系统，在SINS初始对准前，对GPS故障信号进行检测与隔离，保证SINS/GPS组合系统的可靠性，当GPS输出有效后，选取SINS输出的航向角、北向、东向速度与GPS接收机输出相应信息的差值作为观测量，构成3维观测方程。本发明能够大大加快计算速度，实现实时滤波计算，而且与速度+位置作为观测量的组合系统相比，其导航精度尤其是姿态计算机的精度有很大的提高。
文档编号G01C21/28GK102095424SQ20101057409
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者王勇刚, 陈贵金 申请人:国营红峰机械厂