[发明专利]动态干扰条件下捷联惯导系统的纬度未知自对准方法

说明书

动态干扰条件下捷联惯导系统的纬度未知自对准方法，首先，利用重力加速度在惯性坐标系投影不变的特点，构建几何解析公式，对重力加速度进行积分得到速度信息，用速度信息计算载体所在位置纬度值，然后，基于双矢量定姿原理，利用惯性系重力加速度包含指北信息的特性，实现惯性系下粗略的初始姿态阵的求解，最后，在完成粗对准的基础上，利用速度误差方程、失准角方程和纬度误差方程构建纬度未知动态干扰条件下的精对准误差模型，利用基于新息的自适应滤波方法，解算出纬度误差角和载体的失准角，用纬度误差角补偿纬度值，用失准角修正捷联姿态矩阵，实现捷联惯性导航系统的高精度快速自对准。

技术领域

本发明提供的是一种动态干扰条件下捷联惯导系统的纬度未知自对准方法，涉及晃动基座下载体所在位置纬度信息的计算、惯性系下粗略的初始姿态阵的求解、精对准状态空间模型的建立、基于新息的自适应滤波方法对纬度误差角和载体失准角的解算、纬度误差角对纬度值的补偿、失准角对捷联姿态矩阵的修正。本发明适合应用于受外界干扰较大姿态信息时刻都在发生变化、不会提供精确定位信息的场合下的载体的捷联惯导自对准过程，诸如处于隧道深处、深山密林或者深海海底的载体、发动机处于高频振动的汽车、在停机坪上受大风力作用做较大晃动的飞机、在风浪作用下做较大幅度摇摆的舰船、格斗状态下的战斗机等的自对准过程。

背景技术

导航就是以一定的精度、在规定的时间内将载体沿着预定的路线引导至目的地的过程。惯性导航是一种自主式导航技术，它不依靠外界信息，也不向外界辐射任何能量，仅利用陀螺仪和加速度计等惯性测量器件以及初始的导航信息来确定载体运行期间的各项导航参数，隐蔽性好、抗干扰性强，能够全天时、全天候为载体提供完备的运动信息，以其独有的特点始终有着不可替代的地位。其中，捷联式惯性导航技术将陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，得到载体系下的加速度和角速度，然后通过导航计算机将测得的数据转换至导航坐标系完成导航，它不需要实体的稳定平台，具有成本低、体积小、重量轻、可靠性高等优点，系统日趋成熟，精度逐步提高，应用范围逐渐扩大。

惯性导航系统在进入导航工作之前，需要获得初始姿态以及位置信息，即进行初始对准过程。初始对准通常分为两个阶段：粗对准阶段和精对准阶段。粗对准阶段可由外界信息或者根据陀螺和加速度计的输出，求出一个粗略的初始姿态矩阵，将失准角估计到一定的精度范围内。然后在粗对准的基础上，以速度误差作为观测量，建立初始对准误差模型，通过一定的滤波算法估计姿态误差角，对初始姿态矩阵进行校正，完成精对准。

静基座自对准技术已比较成熟，而动基座自对准技术依旧是国内外研究的热点。有些诸如发动机处于高频振动的汽车、浪涌下的舰船等受干扰较大的载体，角振动和线振动会导致基座晃动，捷联惯导系统在自对准过程中的姿态时刻都在发生变化，初始对准的时间和精度会受到影响。因此，在运载体晃动干扰环境下完成初始对准过程，就必须屏蔽这些无法消除的扰动影响。

无论是静基座自对准方法还是动基座自对准方法，无论粗对准还是精对准，都要求准确的知道当地的地理纬度，如果地理纬度存在误差，将可能影响到初始对准的精度。然而在深山荒野，海上等环境中，想要获得当地的地理位置信息并不是一件很容易的事情；或者某些应用场合，如通信卫星跟踪或者武器平台的稳定，有较高的定向要求，而没有必要提供精确的定位要求；或者在某些应急场合，如军事战争中，受到敌方攻击，需要迅速做出反击，而定位系统来不及工作，却急需定向。在上述纬度未知的条件下，想要完成初始时刻自对准，就必须先完成载体所在位置纬度信息值的估计。