[发明专利]一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法

权利要求书

1.一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)通过GPS确定载体的初始位置参数，并装订至导航计算机中；

(2)捷联惯导系统进行预热准备，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；

(3)IMU采用8个转停次序为一个旋转周期的转位方案；

(4)根据旋转状态下陀螺仪的输出确定出捷联矩阵并将加速度计的输出转换到数学平台坐标系；

(5)根据惯导系统动基座误差方程建立载体系泊状态时的估漂模型，以GPS提供的载体速度v₀为基准，并与惯导系统结算速度的差值作为观测量，利用卡尔曼滤波技术实现惯性器件常值偏差的估计；

(6)将卡尔曼滤波估计出的惯性器件常值偏差采用平均滤波的方法将其进行平滑，滤除小幅度波动的影响；

所述IMU采用8个转停次序为一个旋转周期的转位方案为：次序1，IMU从A点出发顺时针转动180°到达位置C，停止时间T_t；次序2，IMU从C点出发顺时针转动90°到达位置D，停止时间T_t；次序3，IMU从D点出发逆时针转动180°到达位置B，停止时间T_t；次序4，IMU从B点出发逆时针转动90°到达位置A，停止时间T_t；次序5，IMU从A点出发逆时针转动180°到达位置C，停止时间T_t；次序6，IMU从C点出发逆时针转动90°到达位置B，停止时间T_t；次序7，IMU从B点出发顺时针转动180°到达位置D，停止时间T_t；次序8，IMU从D点出发顺时针转动90°到达位置A，停止时间T_t；IMU按照此转动顺序循环进行；其中水平东向轴上的IMU停顿点p3、p8与p4、p7对称于转轴中心；北向轴上的停顿点p1、p5与p2、p6对称于转轴中心。

2.根据权利要求1所述的一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法，其特征是所述根据旋转状态下陀螺仪的输出确定出捷联矩阵并将加速度计的输出转换到数学平台坐标系的方法为：

根据四阶龙格库塔法，应用四元数对惯导系统的捷联矩阵进行实时更新，其公式表示为：

T·sp=Tsp[×ωiss]]]>

其中表示陀螺仪输出；利用IMU坐标系与数学平台坐标系的转换关系，计算出数学平台坐标系下的加速度值，

3.根据权利要求2所述的一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法，其特征是所述根据惯导系统动基座误差方程建立载体系泊状态时的估漂模型，以GPS提供的载体速度v₀为基准，并与惯导系统结算速度的差值作为观测量，利用卡尔曼滤波技术实现惯性器件偏差的估计的方法为：

采用分离载体位置信息的误差模型作为系统的估漂模型，建立以速度误差为状态变量的卡尔曼滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程；

1)建立卡尔曼滤波的状态方程：

用一阶线性微分方程来描述旋转捷联惯导系统的状态误差：

X·(t)=A(t)X(t)+B(t)W(t)]]>

其中X(t)为t时刻系统的状态向量；A(t)和B(t)分别为系统的状态矩阵和噪声矩阵；

系统的状态向量为：

系统的白噪声向量为：

W=axayωxωyωz00000T]]>

其中δV_e、δV_n分别表示东向、北向的速度误差；分别为IMU坐标系ox_s、oy_s轴加速度计零偏；ε_x、ε_y、ε_z分别为IMU坐标系ox_s、oy_s、oz_s轴陀螺的常值漂移；a_x、a_y分别为IMU坐标系ox_s、oy_s轴加速度计的白噪声误差；ω_x、ω_y、ω_z分别为IMU坐标系ox_s、oy_s、oz_s轴陀螺的白噪声误差；

系统的状态矩阵为：

A(t)=F5×5T5×505×505×5]]>

其中：F5×5=F2×2F2×3F3×2F3×3]]>

F2×2=VntanLRn2ωiesinL+VetanLRn-2(ωiesinL+VetanLRn)0]]>

F2×3=0-fufnfu0-fe]]>

F3×2=0-1Rm1Rn0tanLRn0]]>

F3×3=0ωiesinL+VetanLRn-(ωiecosL+VeRn)-(ωiesinL+VetanLRn)0-VnRmωiecosL+VeRnVnRm0]]>

V_e、V_n分别表示东向、北向的速度；ω_ie表示地球自转角速度；R_m、R_n分别表示地球子午、卯酉曲率半径；L表示当地纬度；f_e、f_n、f_u分别表示为导航坐标系下东向、北向、天向的比力；

捷联矩阵为：

Tsp=T11T12T13T21T22T23T31T32T33]]>

则

T5×5=T11T12000T21T2200000-T11-T12-T1300-T21-T22-T2300-T31-T32-T33;]]>

2)建立卡尔曼滤波的量测方程：

用一阶线性微分方程来描述旋转捷联惯导系统的量测方程如下：

Z(t)＝H(t)X(t)+v(t)

其中：Z(t)表示t时刻系统的量测向量；H(t)表示系统的量测矩阵；

系统量测矩阵为：

H(t)=10000000000100000000]]>

量测量为水平速度误差：

v(t)＝[v_e v_n]^T。