[发明专利]基于零速修正的闭环卡尔曼滤波惯性定位方法

说明书

本发明提供的是一种基于零速修正的闭环卡尔曼惯性定位方法。通过GPS确定载体的初始位置参数，并装订至导航计算机中；惯性导航系统进行预热准备，采集陀螺仪和加速度计输出的数据并对数据进行处理；利用水平加速度计敏感的重力分量确定载体水平姿态角；在惯性导航系统输出的每个离散时刻，根据加速度均值和方差确定载体运动状态；载体处于静止状态时，采用闭环卡尔曼滤波实现惯导系统解算误差的修正；采用直角坐标系的位置更新算法完成载体高精度定位。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，尤其涉及的是一种基于零速修正的闭环卡尔曼滤波惯性定位方法。

(二)背景技术

惯性导航系统，利用惯性元件来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。

但是不可避免的问题是，惯性导航系统中的惯性元件是由陀螺仪和加速度计组成，而陀螺仪和加速度计自身存在不可避免的误差因数导致采用积分和运算得到速度和位置的信息中包含了随时间积累的误差，这将直接影响惯导系统提供速度和位置信息的精度，如何在现有惯性器件精度基础上实现更高精度定位成为当前研究热点。

目标的位置、速度、加速度的测量值往往在任何时候都有噪声。卡尔曼滤波利用目标的动态信息，设法去掉噪声的影响，得到一个关于目标位置的好的估计。这个估计可以是对当前目标位置的估计，也可以是对于将来位置的估计。状态估计是卡尔曼滤波的重要组成部分。一般来说，根据观测数据对随机量进行定量推断就是估计问题，特别是对动态行为的状态估计，它能实现实时运行状态的估计和预测功能。采用单一工作模式的惯性导航系统是没有外部信息可为其提供参考，导致采用卡尔曼实现误差估计无法实现，针对如上问题，本发明专利提出一种采用载体静止状态下的速度信息作为真实速度参考，完成卡尔曼滤波组合解算，以此实现高精度惯性定位。

(三)发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于零速修正的闭环卡尔曼滤波惯性定位方法。

本发明的技术解决方案为：一种基于零速修正的闭环卡尔曼滤波惯性定位方法，其特征在于根据水平加速度计测量的当地重力加速度分量确定水平姿态角，根据比力幅值的均值和方差确定载体运动状态，通过闭环卡尔曼滤波实现惯性导航系统的误差修正，一次实现更高精度定位。其具体步骤如下：

(1)利用全球定位系统GPS确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；

(2)系统进行预热准备，采集陀螺仪和加速度计输出的数据并对数据进行处理；

(3)惯性导航系统初始对准；

根据加速度计的输出可完成水平对准，由加速度计输出解算初始的俯仰角和横滚角，计算公式如下：

式中：g₀为地表面的重力加速度，f_x、f_z分别表示x向和y向的加速度计输出比力信息，θ、γ分别表示对准结束时刻得到的俯仰角和横滚角估计结果；

(4)载体的静态检测；

1)计算比力幅值：在惯性导航系统输出的每个离散时刻，计算当前时刻t_m处的加速度计输出比力幅值：

式中：f_xt_m、f_yt_m、f_zt_m分别表示t_m时刻x向、y向和z向加速度计输出比力；

2)计算判断指标：求取计算区间时间段内的比力幅值的均值及滑动方差Var_m：