[发明专利]GNSS辅助的加速度计和陀螺仪常值漂移估算的导航方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于GNSS辅助的加速度计和陀螺仪常值漂移估算的导航方法及系统，方法包括以下步骤：1)构建加速度计和陀螺仪常值漂移模型；2)构建线运动机动条件下的惯性系对准的数学模型；3)应用牛顿‑拉格朗日迭代法的多元函数求极值的方法进行导航参数辨识；4)利用得到的姿态初始值根据姿态矩阵的链式分解求得当前时刻载体的姿态。本发明能够在GNSS辅助下，实现姿态及惯性仪表的常值估计。

技术领域

本发明属于导航技术领域，具体涉及一种加速度计和陀螺仪常值漂移估算的导航方法及系统，适用于载体存在线运动机动条件下的广义初始对准(包括姿态、惯性测量单元的常值漂移参数估计)。

背景技术

随着惯性导航在军事和民用领域的广泛使用，零速和晃动基座条件下的自对准问题被解决，研究的难点逐渐转换到自由运动条件下的对准问题。申请号为CN201810635511.9(一种重力视运动参数辨识与加速度计常值漂移分离方法)的专利提供了在零速、晃动基座条件下，通过重力视运动参数辨识与加速度计常值漂移分离方法；随后，申请号为CN201811041674.0(一种基于牛顿迭代法的炮弹姿态和加速度计常值误差估计方法)的专利提供了载体自由运动基座条件下，通过GPS/INS组合的载体姿态和加速度计常值漂移估计方法。但是它们均没有提供陀螺仪常值漂移的估计方法，而事实上陀螺仪的常值漂移会影响姿态角解算及位置解算精度，陀螺仪的常值漂移估计缺乏有效的解决方法。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供载体存在线运动机动条件下的姿态、加速度计和陀螺仪常值漂移估计方法及相应导航解算系统。

技术方案：根据本发明的第一方面，提供一种基于GNSS辅助的加速度计和陀螺仪常值漂移估算的导航方法，包括：

(1)根据加速度计与陀螺仪的误差分析，给出其误差的数学模型，惯导器件输出的测量值包含这部分误差，即包含加速度计和陀螺仪的常值漂移值；

(2)根据惯导基本方程通过积分、移项、合并同类项和离散化处理，在考虑加速度计和陀螺仪常值漂移的情况下，结合四元数的性质，得到线运动机动条件下的惯性系对准的数学模型；

(3)根据线运动机动条件下的惯性系对准的数学模型结合四元数的约束条件，构造新的存在极值点的多元函数，通过求解该函数的Jacobian矩阵和Hessian矩阵，逐次迭代，逐步靠近多元函数的极值点的方法，来求解姿态初始值、陀螺仪与加速度计常值漂移值；

(4)利用得到的姿态初始值根据姿态矩阵的链式分解求得当前时刻载体的姿态。

进一步地，步骤1中加速度计与陀螺仪的误差模型为：

式中，为陀螺仪的输出，即载体坐标系(b系)相对于惯性坐标系(i系)的角速度矢量在载体坐标系的投影，其中包含了常值漂移值b_g与随机误差ξ_g；为加速度计的输出，即载体的加速度信息，其中包含了常值漂移值b_a与随机误差ξ_a；与表示理论真实值，ξ_g与ξ_a服从高斯分布。

步骤2中线运动机动条件下的惯性系对准的数学模型为：

式中，未知向量q、b_a、b_g分别是载体运动姿态及加速度计和陀螺仪的常值漂移值，α、β、χ、λ均可通过加速度计、陀螺仪和卫星接收机输出的数据计算得到：