[发明专利]惯性卫导组合导航系统的长航时抗干扰姿态航向校准方法

说明书

本发明涉及一种惯性卫导组合导航系统的长航时抗干扰姿态航向校准方法，其技术特点是：在惯导系统中，进行惯导解算输出姿态航向、速度和位置信息并更新；采用卫星定位导航系统的位置信息作为参考信息，与惯导系统的位置信息进行数据融合，融合策略是依据惯导系统的误差传播规律确定数学模型，并利用卡尔曼滤波器对惯导系统导航信息的误差状态进行在线估计和校准。本发明设计合理，其利用卡尔曼滤波器对惯导系统的导航信息与卫导系统的导航信息进行组合滤波，得到最优的载机导航信息，并在恶劣环境中对卫导系统的故障进行诊断隔离，解决惯导系统在长时间工作情况下姿态角误差校准问题，保证惯导系统姿态角误差估计准确可靠。

技术领域

本发明属于惯性卫导组合导航技术领域，尤其是一种惯性卫导组合导航系统的长航时抗干扰姿态航向校准方法。

背景技术

长航时无人机的长时间滞空特性要求其导航系统的精度和稳定性很高，针对这一需求普遍采用惯性卫导组合导航系统作为长航时无人机的导航系统。惯性导航系统具有高度自主性、抗干扰能力强、输出实时性高等优势，但存在误差随时间累积、价格昂贵等缺点。卫星导航系统具有定位精度高、误差不随时间发散、价格低廉等优势，但也存在输出实时性差、易受外界干扰等缺点。由二者构成的组合导航系统可以综合它们各自的优势，以较低的成本实现长时间、高精度的导航信息实时输出。

在复杂的工作环境中，卫星导航系统易受到各种环境干扰，使得卫导系统的导航信息精度下降或产生突变等故障现象，此时如不加鉴别的直接利用故障信息进行组合滤波，将极大降低组合导航系统的导航精度。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、导航精度高且性能稳定的惯性卫导组合导航系统的长航时抗干扰姿态航向校准方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种惯性卫导组合导航系统的长航时抗干扰姿态航向校准方法，包括以下步骤：

步骤1、在惯导系统中，进行惯导解算输出姿态航向、速度和位置信息并更新；

步骤2、采用卫星定位导航系统的位置信息作为参考信息，与惯导系统的位置信息进行数据融合，融合策略是依据惯导系统的误差传播规律确定数学模型，并利用卡尔曼滤波器对惯导系统导航信息的误差状态进行在线估计和校准。

在步骤2后包括如下步骤：在性卫导组合导航系统抗中进行卫导系统故障诊断与隔离。

所述步骤1采用三只陀螺仪和三只加速度构成惯性导航系统进行惯导解算，具体方法为：通过采集陀螺仪的输出角速度数据并扣除地球自转角速度以及牵连角速度，计算得到姿态角；加速度计测量的加速度通过方向余弦阵进行坐标变换到地理坐标系的北向、东向、天向轴上，积分地理坐标系上的加速度并扣除重力和有害加速度的影响得到地理坐标系的北向、东向和天向速度；利用地理坐标系的北向、东向速度，并考虑地球的曲率半径计算得到经度和纬度。

所述步骤2的具体实现方法包括：

(1)卡尔曼滤波一步预测步骤：

(2)当滤波时间到时进行滤波更新步骤；

(3)当系统计时器到达修正时刻，以修正后的姿态四元数、速度、位置为初始值进入自主导航步骤。

所述步骤(1)包括状态转移阵的计算、输入噪声方差阵的计算和状态预测与误差方差预测的计算。

所述步骤(2)包括量测计算、滤波增益计算、状态估计更新和误差方差更新。

所述步骤(3)包括姿态四元数修正、速度修正和位置修正过程。