[发明专利]一种基于多普勒计程仪和星敏感器辅助的极区传递对准方法

说明书

本发明属于卫星导航控制领域，具体涉及一种基于多普勒计程仪和星敏感器辅助的极区传递对准方法，包括以下步骤：获取多普勒计程仪和星敏感器实时输出；子惯导系统启动、预热，子惯导系统利用多普勒计程仪、星敏感器和主惯导系统发送的导航参数完成一次装订；子惯导系统进行惯导解算，同步采集多普勒计程仪在格网系下输出的速度信息、星敏感器在格网系下输出的姿态信息和子惯导系统在格网系下解算出的速度和姿态信息，并以此构建速度误差观测量和姿态误差观测量。本发明充分考虑了极区多径效应导致的GNSS系统工作异常，并发明了基于自适应无迹卡尔曼滤波和格网系非线性传递对准模型。

技术领域

本发明属于卫星导航控制领域，具体涉及一种基于多普勒计程仪和星敏感器辅助的极区传递对准方法。

背景技术

传递对准技术作为初始对准技术的一种，适用于舰载机或舰载武器惯导系统的动基座初始对准。当前主流的传递对准方法是建立在主惯导系统可以通过GNSS等高精度外部参考信息实时校正的前提下，即主惯导系统可以近似被视为无误差。但是，在极区传递对准实际应用中，由于极区多径效应、切断效应和磁暴明显，GNSS的工作效果和定位精度严重下降，主惯导系统误差无法得到有效抑制，进而基于主惯导系统无误差的格网系传递对准方法也会出现精度降低等问题。为了在这种情况下保障传递对准精度，需要引入其他导航信息辅助完成格网系传递对准。由于多普勒计程仪使用灵活方便，没有随时间累积的误差，其可以在极区保持较高的速度测量精度；星敏感器自主性强，不受极区磁场异常和经线收敛的干扰，其可以在极区保持较高的姿态精度。因此，在实际应用中多选取多普勒计程仪和星敏感器提供高精度的外部参考信息。综上所述，以星敏感器和多普勒计程仪提供的参考信息作为观测信息，构建“速度+姿态”观测模型，并建立多普勒计程仪/星敏感器辅助的格网系传递对准非线性模型，同时利用自适应无迹卡尔曼滤波解算，以解决主惯导系统在极区条件下精度降低的问题。

Li W等人在《A Novel Scheme for DVL-Aided SINS In-Motion AlignmentUsing UKF Techniques》(发表于期刊《Sensors》，2013年，第13卷，01期)一文中，提出了一种基于UKF滤波的多普勒计程仪辅助捷联惯导系统的动基座初始对准方法，但是没有解决极区环境下对准问题。Wang X L等人在《A high accuracy multiplex two-positionalignment method based on SINS with the aid of star sensor》(发表于期刊《Aerospace Science and Technology》，2015年，第42卷)一文中，提出了一种星敏感器辅助的捷联惯导系统高精度双位置初始对准方法，其适用于中低纬度地方，不适合应用于极区。综上所述，现有的传递对准方法无法有效地应用于极区舰船主惯导系统有误差的情况下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多普勒计程仪/星敏感器辅助的极区传递对准方法。

一种基于多普勒计程仪和星敏感器辅助的极区传递对准方法，包括以下步骤：

(1)获取多普勒计程仪和星敏感器实时输出；

(2)子惯导系统启动、预热，子惯导系统利用多普勒计程仪、星敏感器和主惯导系统发送的导航参数完成一次装订；

(3)子惯导系统进行惯导解算，同步采集多普勒计程仪在格网系下输出的速度信息、星敏感器在格网系下输出的姿态信息和子惯导系统在格网系下解算出的速度和姿态信息，并以此构建速度误差观测量和姿态误差观测量；

(4)在极区舰船存在大方位失准角的情况下，依据格网系下的导航力学编排，结合格网导航误差方程，采用“速度+姿态”的匹配方式，建立格网系下的系统状态方程和量测方程；

(5)利用设计的格网坐标系下的状态方程、观测方程和构造的观测量，进行无迹卡尔曼滤波解算，估算出子惯导系统的姿态失准角、速度的状态估算值，完成传递对准。