[发明专利]基于变换估计量建模方案的载体初始航向估算方法

说明书

本发明提供了基于变换估计量建模方案的载体初始航向估算方法，包括以下步骤:步骤(1)：数据获取与同步；步骤(2)：载体动态识别；步骤(3)：水平角初始化；步骤(4)：航向估计算法解算；步骤(5)：航向估算收敛评价，本发明的方法可以实现多源组合导航定位设备的动态航向初始化，达到多源组合导航定位设备任意位置配置均能完成航向初始化的效果，降低多源组合导航定位设备的安装要求，提高多源组合导航设备的场景适应性和用户体验。

技术领域

本发明涉及一种装备绝对测量传感器和惯性测量传感器的运载体初始航向动态估算方法，适用于利用绝对测量传感器和惯性测量传感器以及多源传感器组合导航算法进行导航定位的领域。

背景技术

以惯性导航为主导航定位系统的多源传感器组合导航定位方法需要提供初始的导航定位信息，包括初始位置，初始速度和初始姿态，其中初始位置和初始速度一般可以通过绝对测量传感器给出，主要是要确认初始姿态，初始姿态包括俯仰角、横滚角和航向角，是惯性传感器坐标轴相对导航坐标系的旋转角度，初始姿态的确认方法主要分动态初始化和静态初始化两类：

静态初始化方法以重力矢量和地球自转角速度作为参考基准，通过惯性传感器测量重力矢量和地球自转角速度以计算初始姿态，计算的方法主要有双矢量定姿算法和kalman滤波算法，但要实现静态初始化方法的前提条件是能够从惯性传感器的观测值中分辨出地球自转角速度分量，这对惯性传感器的性能提出了很高的要求，目前能够满足静态初始化要求的多是光学陀螺惯性传感器和转子陀螺惯性传感器，价格均非常昂贵，民用领域广泛使用的MEMS惯性传感器，价格低廉，但性能还无法满足静态初始化的要求；

动态初始化方法是以外部观测量提供的航向观测信息完成初始姿态中的航向角初始化，或者通过非线性算法实现航向角初始化，俯仰角和横滚角的初始化可用通过惯性传感器给出，外部信息可以是导航系下的位移矢量，导航系下的速度矢量，双天线航向，磁力计航向等信息，但通过这些信息进行初始化都对惯性传感器的安装提出了要求，即惯性传感器的坐标轴系需要与外部信息对应的参考轴系平行，否则会带来安装误差，安装误差的大小直接影响外部航向信息的精度，若安装误差较大(5°)，则会导致多源组合导航定位算法模型不满足线性化的假设，导致滤波器发散，非线性滤波算法可以避免因安装误差较大导致的模型非线性问题，但非线性滤波算法的计算量非常大，对CPU的处理能力是很大的挑战，且非线性滤波并不能完全解决安装误差带来的非线性问题，当外部信息给出的航向信息误差非常大时，非线性滤波仍有可能会失败。

发明内容

为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了基于变换估计量建模方案的载体初始航向估算方法，本发明的方法可以实现多源组合导航定位设备的动态航向初始化，达到多源组合导航定位设备任意位置配置均能完成航向初始化的效果，降低多源组合导航定位设备的安装要求，提高多源组合导航设备的场景适应性和用户体验。

本发明提供了基于变换估计量建模方案的载体初始航向估算方法，包括以下步骤:

步骤(1)：数据获取与同步；

步骤(2)：载体动态识别；

步骤(3)：水平角初始化；

步骤(4)：航向估计算法解算；

步骤(5)：航向估算收敛评价。

上述的方法，其中，所述步骤(1)中具体为：通过CPU同时获取惯性测量传感器和绝对测量传感器的观测数据，并通过CPU的晶振信号对观测数据进行标记，从而实现了基于CPU晶振的数据同步。

上述的方法，其中，所述步骤(2)中：通过惯性测量传感器和绝对测量传感器的观测数据对运载体的动静运动状态进行判断识别，当载体进入到运动状态后再开始执行航向估计算法。

上述的方法，其中，所述步骤(3)中：根据加速度的输出信息或者绝对测量传感器的观测信息对俯仰角和横滚角进行初始化。