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专利名称：一种基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准方法
技术领域：
本发明是涉及的是一种捷联惯导系统的初始对准方法，具体涉及一种在仅利用GPS辅助设备的条件下基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准的方法。
背景技术：
初始对准的主要任务就是给定捷联惯导的初始姿态阵。捷联惯导初始对准一般可分为粗对准和精对准两个阶段。粗对准的主要任务是快速将将姿态误差控制在比较小的范围内，为下一步精对准创造条件；精对准的任务是在小角度误差的条件下采用线性模型估计出剩余的捷联惯导系统误差，并对系统进行修正，为下一步的导航工作提供初始值。对于高精度捷联惯导系统的初始对准一般采用经典对准方法，如解析式对准方法和罗经回路对准方法，但是这两种方法都要求高精度的陀螺仪，以便能够测出地球的自转角速度，因为以上两种方法都要用地球的自转角速度才能自主的完成初始对准过程。对于低精度MEMS的捷联惯导系统由于陀螺仪漂移速度比较大，一般为Ι-lOdeg/h，无法量测到地球的自转角速度，因此对高精度捷联惯导系统能完成的初始对准方法对低精度MEMS(micro-electro -mechanical systems,微机电系统)的捷联惯导系统是无效的，不能够完成初始对准。但是随着低精度MEMS由于低成本的优势在汽车等民用领域的广泛应用，其初始对准问题的研究就显得十分必要了。目前对于基于低精度MEMS捷联惯导系统的研究，如哈尔滨工程大学的硕士论文《基于MTi的硅微系统初始对准技术研究》:文中采用MEMS磁强计和MEMS加速度计的测量信号解算出一个能够用于精对准的捷联矩阵，完成粗对准过程；然后将卡尔曼滤波技术运用到精对准过程，将平台误差角从随机误差和随机干扰中估计出来，并用其对粗对准过程得到的捷联矩阵进行修正完成精对准。还有发表在《中国惯性技术学报》的《基于加速度计余度配置的MEMS捷联惯导初始对准方法》:文中分析了在载体大俯仰角条件下采用余度配置加速度计的输出值，通过加权最小二乘算法进行数据融合完成水平方向的初始对准，而航向信息只是说明通过外观测方式获得。但是他们在研究低精度MEMS的初始对准方法，对其初始对准的航向信息要采用在其他辅助设备，如磁罗盘或磁强计的条件下才能完成对准，若没有辅助设备在有GPS的条件下也不能完成对准；本发明则仅需GPS作为辅助即可完成低精度MEMS的捷联惯导系统的初始对准，应用起来更为方便。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决在仅利用GPS辅助设备的条件下完成基于低精度微机电系统的捷联惯导系统的初始对准方法。本发明的目的是这样实现的:本发明包括以下步骤:(I)根据加速度计输出获取载体坐标系b到水平坐标系b'的方向余弦矩阵Cf ;
(2)以位置误差、速度误差和姿态误差为参数建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准卡尔曼滤波状态方程；(3)建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准的卡尔曼滤波量测方程；(4)根据卡尔曼滤波状态方程和量测方程进行第一次卡尔曼滤波，估计捷联惯导系统的误差，获取水平坐标系b'到计算地理坐标系t的方向余弦矩阵(’丨.，对载体姿态进行第一次修正；(5)建立捷联惯导系统精对准的卡尔曼滤波状态方程和量测方程；(6)利用卡尔曼滤波状态方程和量测方程进行第二次卡尔曼滤波；获取地理坐标系t到导航坐标系η的方向余弦矩阵C"，对载体姿态进行第二次修正，得到微机电系统的捷联惯导系统的准确捷联矩阵G ο载体坐标系b到水平坐标系b'的方向余弦矩阵O:
权利要求
1.一种基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)根据加速度计输出获取载体坐标系b到水平坐标系b'的方向余弦矩阵rf; (2)以位置误差、速度误差和姿态误差为参数建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准卡尔曼滤波状态方程； (3)建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准的卡尔曼滤波量测方程； (4)根据卡尔曼滤波状态方程和量测方程进行第一次卡尔曼滤波，估计捷联惯导系统的误差，获取水平坐标系b'到计算地理坐标系t的方向余弦矩阵Q,，对载体姿态进行第一次修正； (5)建立捷联惯导系统精对准的卡尔曼滤波状态方程和量测方程； (6)利用卡尔曼滤波状态方程和量测方程进行第二次卡尔曼滤波；获取地理坐标系t到导航坐标系η的方向余弦矩阵(了，对载体姿态进行第二次修正，得到微机电系统的捷联惯导系统的准确捷联矩阵
2.根据权利要求2所述的一种基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准方法，其特征在于:所述的载体坐标系b到水平坐标系b'的方向余弦矩阵Cf为:
3.根据权利要求2述的一种基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准方法，其特征在于:所述的低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准卡尔曼滤波的状态方程的状态向量为:
4.根据权利要求3所述的一种基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准方法，其特征在于:所述的低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准的卡尔曼滤波量测方程为:
5.根据权利要求4所述的一种基于低精度MEMS捷联惯导系统的初始对准方法，其特征在于:所述的水平坐标系b'到计算地理坐标系t的方向余弦矩阵
6.根据权利要求5所述的一种基于低精度MEMS捷联惯导系统的初始对准方法，其特征在于:所述的捷联惯导系统精对准的卡尔曼滤波状态方程的状态向量为:
7.根据权利要求6所述的一种基于低精度MEMS捷联惯导系统的初始对准方法，其特征在于:所述的计算地理坐标系t到导航坐标系η的方向余弦矩阵 "为:
全文摘要
本发明是涉及的是一种捷联惯导系统的初始对准方法，具体涉及一种在仅利用GPS辅助设备的条件下基于低精度微机电系统的捷联惯导系统初始对准的方法。本发明包括获取载体坐标系到水平坐标系的方向余弦矩阵；建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准卡尔曼滤波状态方程；建立低精度微机电系统的捷联惯导系统粗对准的卡尔曼滤波量测方程；对载体姿态进行第一次修正；建立捷联惯导系统精对准的卡尔曼滤波状态方程和量测方程；进行第二次卡尔曼滤波；对载体姿态进行第二次修正，得到微机电系统的捷联惯导系统的准确捷联矩阵。本发明利用两次卡尔曼滤波估计出低精度MEMS捷联惯导系统误差的方法，完成了系统的初始对准，使应用更便捷。
文档编号G01C21/16GK103217174SQ201310122010
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者奔粤阳, 刘新源, 李倩, 高伟, 于飞, 李敬春, 杨娇龙, 周广涛, 鲍桂清, 徐文佳 申请人:哈尔滨工程大学