[发明专利]一种基于超球体采样的初始对准方法

说明书

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2n+1(n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。

附图说明

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Φ_x误差角度曲线。

图3是在仿真时间为300s，三种方法的Φ_y误差角度曲线。

图4是在仿真时间为300s，三种方法的Φ_z误差角度曲线。

图5是在仿真时间为1000s，三种方法的Φ_x误差角度曲线。

图6是在仿真时间为1000s，三种方法的Φ_y误差角度曲线。

图7是在仿真时间为1000s，三种方法的Φ_z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Φ_x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Φ_y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Φ_z误差角度曲线。

具体实施方式

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：

步骤一，建立SINS静基座初始对准的非线性状态方程；