[发明专利]一种基于自适应差分进化BP神经网络的姿态误差抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应差分进化BP神经网络的姿态误差抑制方法，属于惯性技术领域。包括初始化惯性/星敏感器组合导航系统；采集星敏感器和惯性组件输出的数据；对惯性组件输出数据进行导航解算；利用星敏感器输出数据解算舰船相对于惯性系的姿态；利用ADE‑BPNN结合当前时刻前一段时间内组合导航姿态对载体系相对惯性系姿态角进行预测；利用预测姿态对星敏感器测量误差进行补偿利用补偿后的星敏感器输出信息解算舰船位置；获得的导航信息进行组合导航解算；存储并输出组合导航信息。本发明通过自适应差分进化BP神经网络对星敏感器姿态进行预测，解决舰船摇摆引起的星敏感器星图“拖尾”问题，增强了舰船摇摆时惯性/星敏感器组合导航系统的适用性。

技术领域

本发明属于惯性技术领域中减小导航信息误差的方法，具体涉及一种基于自适应差分进化BP神经网络的姿态误差抑制方法。

背景技术

惯性/星敏感器组合导航是一种以惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)为主的导航系统，可为载体提供实时速度、姿态和位置信息。INS主要利用陀螺仪和加速度计测量载体角速度和线运动信息。经导航解算后得到导航信息；星敏感器通过拍摄星图并与自身星图库作对比，得到安装载体相对于惯性空间的姿态信息。惯性/星敏感器组合导航系统以星敏感器解算的导航信息为基准，对INS的发散式定位误差进行周期性重校，其不需要任何外界信息，是一种全自主导航系统。惯性/星敏感器组合导航系统具有实时性强、导航精度高、全自主等优点，被广泛应用于船舶导航中。然而，由于舰船水平摇摆使星敏感器拍摄的星图具有“拖尾”现象，影响星敏感器的解算精度，进而影响惯性/星敏感器组合导航精度。

《中国惯性技术学报》2010年18卷第4期中由杨波等人撰写的《弹载惯性/卫星/星光高精度组合导航》一文中，提出了对陀螺误差和星敏感器安装偏差角的在线自标定方法，抑制了器件偏差对导航精度的影响；《中国空间科学技术》2013年6月第3期中由张承等人撰写的《直接敏感地平的空天飞行器惯性/天文组合方法》一文中，提出了采用星敏感器和陀螺仪构造惯性基准，并在此基础上进行基于红外地平仪的天文定位解算，最后进行惯性/天文组合定位的方法，抑制了陀螺的漂移误差；公开号为CN105737858A的专利在2016年7月6日公开的《一种机载惯导系统姿态参数校准方法与装置》，该方法使用精度高的高动态星敏感器输出的姿态数据为基准完成机载INS姿态参数的动态在线校准；《IEEE SENSORSJOURNAL》2017年17卷第21期中由杨延强等人撰写的《In-flight Calibration of Gyrosand Star Sensor with Observability Analysis for SINS/CNS Integration》一文中，通过分析基于奇异值的误差状态的可观测度，提出了一种四位解耦校准方法，抑制了器件偏差对导航精度的影响，以上文献都提出了能够抑制器件偏差的方法，并且多以弹载、机载为应用背景，并没有针对船用环境下，由于舰船摇摆这一特殊应用环境造成的星图“拖尾”引起的星敏感器解算信息不精确问题进行深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供提高导航精度，增强导航信息适用性的一种基于自适应差分进化BP神经网络的姿态误差抑制方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

基于ADE-BPNN，将惯性/星敏感器组合导航系统的一段时间内组合导航信息作为输入，预测出当前t时刻载体姿态，利用卡尔曼滤波对t时刻预测载体姿态和t时刻星敏感器解算载体姿态进行数据融合，对星敏感器的导航误差进行估计、补偿，得到星敏感器高精度导航信息，与INS导航信息进行组合导航解。

一种基于自适应差分进化BP神经网络的姿态误差抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：上电，初始化惯性/星敏感器组合导航系统。

步骤2：采集星敏感器和惯性组件输出数据。