[发明专利]提高船用光纤陀螺捷联惯导系统定位精度的方法

权利要求书

1.一种提高船用光纤陀螺捷联惯导系统定位精度的方法，其特征是包括下 列步骤：

(1)光纤陀螺捷联惯导系统预热后采集光纤陀螺和石英挠性加速度计的输 出数据；

(2)根据光纤陀螺和石英挠性加速度计的输出计算出初始的捷联矩阵，完 成初始对准，光纤陀螺捷联惯导系统进入导航状态，导航计算机进行导航解算， 输出船的姿态、速度和位置；

(3)根据光纤陀螺捷联惯导系统的误差模型建立动基座下光纤陀螺捷联惯 导系统的状态方程和观测方程；

(4)对步骤(3)所建立的状态方程和观测方程进行离散化，建立Krein空 间下的光纤陀螺捷联惯导系统的卡尔曼滤波方程，把GPS接收机提供的速度信 息运用到卡尔曼滤波方程中进行滤波计算；

(5)根据步骤(4)估计出的光纤陀螺捷联惯导系统的纬度误差和经度误差 在导航过程中进行补偿；

所述的初始的捷联矩阵为

其中为载体的航向角，θ为载体的横摇角，γ为载体的纵摇角；

所述的建立动基座下光纤陀螺捷联惯导系统的状态方程和观测方程的步骤 包括：使用一阶线性随机微分方程来描述光纤陀螺捷联惯导系统的状态方程和 量测方程如下：

X·(t)=F(t)X(t)+G(t)W(t)]]>

Z(t)＝H(t)X(t)+v(t)

其中X(t)为t时刻光纤陀螺捷联惯导系统的状态向量、F(t)和G(t)分别为 光纤陀螺捷联惯导系统的状态矩阵和噪声矩阵、W(t)为系统的噪声向量；Z(t) 表示t时刻光纤陀螺捷联惯导系统的量测向量；H(t)表示光纤陀螺捷联惯导系 统的量测矩阵；v(t)表示光纤陀螺捷联惯导系统的量测噪声；

光纤陀螺捷联惯导系统的状态向量为

光纤陀螺捷联惯导系统的白噪声向量为：

W(t)=w▿xw▿ywϵxwϵywϵz00000T]]>

其中分别表示东向、北向和天向的失准角；δV_e，δV_n分别为东向速度 误差和北向速度误差；ε_x，ε_y，ε_z分别为x、y、z轴陀螺的常值漂移；分别 为x、y轴加速度计的零偏；w_εx，w_εy，w_εz分别为x、y、z轴陀螺的白噪声误差； 分别为x、y轴加速度计的白噪声误差；

光纤陀螺捷联惯导系统噪声系数矩阵为：

G(t)=T5×505×505×505×5]]>

光纤陀螺捷联惯导系统的状态矩阵为：

F(t)=F5×5T5×505×505×5]]>

其中令Cbn=c11c12c13c21c22c23c31c32c33,]]>则T5×5=c11c12c1300c11c12c1300c11c12c1300000c11c12000c21c22]]>

其中的F_5×5给出如下：

F5×5=A2×2A2×3A3×2A3×3]]>

其中A2×2=VntanLRn2ωiesinL+VetanLRn-2(ωiesinL+VetanLRn)0]]>A3×2=0-1Rm1Rn0tanLRn0,]]>A2×3=0-fufnfu0-fe]]>其中f_e，f_n，f_u分别为沿东向、北 向和天向三轴比力的真实值；

其中：L为当地的地理纬度；

光纤陀螺捷联惯导系统量测矩阵为：

H(t)=10000000000100000000]]>

量测量为：Zvp(t)=Vie-VgeVin-Vgn]]>

其中V_ie、V_in分别为光纤陀螺捷联惯导系统输出的东向和北向速度；V_ge、V_gn分别为GPS输出的东向和北向速度；

所述状态方程和观测方程进行离散化，建立Krein空间下的光纤陀螺捷联 惯导系统的卡尔曼滤波方程包括：

将光纤陀螺捷联惯导系统的状态方程和量测方程离散化：

Xi+1=φiXi+ΓiWiZi=HiXi+vi,0≤i≤N]]>

其中：φ_i＝e^F(t)T，为离散化的状态转移矩阵；

Γk-1=(∫0TeF(t)t)G(t);(Wjvjx0,Wkvkx0)=QjSjSjTRjδjk00Π0]]>

其中：∏₀是复数域C上的线性空间，(·，·)是∏₀上双线性Hermite泛函；

根据上面的离散化方程建立Krein空间下的离散卡尔曼滤波方程：

X^i+1=φiX^i+Kp,i(Zi-HiX^i)]]>X^0=0]]>

Kp,i=(φiPiHiT+ΓiSi)Re,i-1]]>

Pi+1=φiPiφiT-Kp,iRe,iKp,iT+ΓiQiΓiT]]>P₀＝∏₀

Re,i=Ri+HiPiHiT]]>

其中：表示状态估计值；Q，R分别为光纤陀螺捷联惯导系统噪声和观测噪 声的协方差矩阵；

给定初值P₀＝∏₀，根据i时刻的测量值Z_i，递推计算得出i时刻的 状态估计利用估计出来的速度误差对光纤陀螺捷联惯导系统的速度进行补 偿，然后由速度积分得到位置。