[发明专利]一种基于杆臂估计的INS/GPS组合导航系统反馈校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种INS/GPS组合导航系统的误差估计及反馈校正方法。既可对导航参数误差进行精确估计及反馈校正，又可对惯性器件随机常值误差进行准确估计及反馈校正。

背景技术

INS/GPS组合导航系统是一种利用GPS长期定位精度高及INS短期定位定向精度高实现优势互补的组合导航系统。通常采用卡尔曼滤波去估计惯性导航系统的各误差状态，再用误差状态估值去校正系统，达到综合的目的。校正一般有两种方式：输出校正(开环卡尔曼滤波器)和反馈校正(闭环卡尔曼滤波器)。

输出校正与反馈校正的区别在于：在利用导航参数误差的估值校正系统输出的导航参数后，输出校正时导航参数误差估计值不归零，而反馈校正时导航参数误差估计值归零。从本质上讲，输出校正与反馈校正精度相同。输出校正时，估计的导航误差参数没有归零，随着计算时间的累计，待估计的导航参数误差变大，导致INS系统误差模型变为非线性。由于卡尔曼滤波主要适用于线性系统，因此，输出校正时卡尔曼滤波估计的精度随计算时间累计而降低，甚至出现崩溃。因此在INS/GPS组合导航时必须对导航参数误差进行反馈校正。当前的导航参数误差反馈校正方案通常包括两种：一是混合校正方案，在滤波初始阶段，由于各项误差未得到准确估计，采用输出校正的方案，而经过一段时间后，在误差状态得到准确估计后，对导航参数误差进行反馈校正；二是不完全反馈校正方案。该方案仅对惯性导航解算出的位置、速度、姿态误差进行反馈校正，不对惯性器件随机常值误差进行反馈校正；

除导航参数误差外，惯性器件误差也是INS/GPS组合导航系统的一个重要误差源，由于无法确定惯性器件随机常值误差是否得到准确估计，在通常的反馈校正方案中，一般不对惯性器件随机常值误差进行反馈校正。这是因为，在一个滤波周期内，由惯性器件随机常值误差引起的INS误差较小。且由于INS误差方程中位置、速度、姿态误差与惯性器件误差的耦合特性，当对导航参数误差进行反馈校正时间接地抑制了惯性器件随机常值误差产生的误差的累积。然而，如果能准确估计出惯性器件的随机常值误差，不仅可有效降低滤波区间内的INS误差，还可提高GPS信号采样点处kalman滤波的估计精度。尤其在GPS信号失锁时，INS/GPS组合导航系统无法对INS误差进行校正，惯性器件随机常值误差对系统输出影响显著增大，此时必须考虑惯性器件随机常值误差的反馈校正方案。

当前INS/GPS组合导航系统的两种校正方案均存在以下不足：1、由于无绝对参考基准，缺乏判断导航系统误差参数得到准确估计的条件。2、没有对惯性器件随机常值误差进行反馈校正，降低了INS/GPS组合导航系统的精度。

发明内容

本发明的技术解决的问题是：比较杆臂估值与真实值之误差是否达到设定阈值范围内来判断惯性器件随机常值误差是否得到了准确估计，并将此作为INS/GPS组合导航系统执行不完全反馈校正和全反馈校正方案的依据。

本发明的技术解决方案为：一种基于杆臂估计的INS/GPS组合导航系统反馈校正方法。其特征在于包括下列步骤：

（1）进行飞行试验前，利用激光全站仪测量出INS/GPS组合导航系统中IMU至GPS天线间的真实杆臂R_t；

（2）采集飞行试验过程中INS/GPS组合导航系统的惯性测量数据及GPS数据，其中惯性测量数据包括三轴陀螺仪数据和三轴加速度计数据，x,y,z轴的陀螺仪数据分别表示为x,y,z轴的加速度计数据分别表示为；GPS数据包括GPS时间及当地地理系下的位置和速度，其中位置包括纬度L_gps，经度λ_gps及高度H_gps，速度包括东向速度V_Egps，北向速度V_Ngps，天向速度V_Ugps，记第i个GPS采样时刻的GPS时间为T_gps(i)，i=1，2，...，n，n为一次飞行试验过程中飞机从起飞至降落时的飞行总时间，单位为秒；