[发明专利]基于IMM-UKF的惯性/超短基线多参数标定方法

说明书

本发明公开了一种基于IMM‑UKF的惯性/超短基线多参数标定方法，具体步骤包括：以空间任意点为原点建立投影坐标系，在此基础上建立惯性、超短基线、卫星定位、深度计各传感器位置、姿态间的矢量关系及方位表达，选定9维待估计参数为状态量，构建系统与观测模型；设置IMM中各模型初始概率并计算各滤波器初始状态及协方差矩阵；根据系统及观测模型采用三个UKF分别进行滤波，并用贝叶斯假设检验方法模型更新；根据权重输出交互，输出最终滤波结果。与现有惯性/超短基线标定方法相比，本发明能实现应答器位置、惯性/超短基线杆臂和安装误差角9维参数的同时标定，有效提高复杂环境下惯性/超短基线标定参数的收敛速度、精度及鲁棒性。

技术领域

本发明是一种基于IMM-UKF的惯性/超短基线多参数标定方法，属于组合导航标定技术，特别适用于水下组合导航领域。

背景技术

在水下组合导航领域中，SINS(即：捷联惯性导航系统)凭借其高度自主性与抗干扰性应用广泛，但其误差随时间积累。USBL(即：超短基线定位系统)具有简便性、灵活性和高适应性，特别是在GNSS(即：全球导航卫星系统)数据不可用时，可为水下航行器提供绝对位置信息。基于SINS/USBL的组合导航是未来水下组合导航的发展方向之一。在SINS/USBL系统中，安装误差角与杆臂误差会影响定位精度，需对其进行在线标定。现有标定技术采用迭代算法，计算复杂度较高，在复杂水下环境下适应性与鲁棒性较低，且无法同时估计应答器位置、SINS/USBL杆臂、SINS/USBL安装误差角。针对以上情况亟需一种更有效的标定方法。

发明内容

发明目的：为了提高标定效率并增强标定适应性，本发明提出了一种基于IMM-UKF的惯性/超短基线多参数标定方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于IMM-UKF的惯性/超短基线多参数标定方法，该方法包括如下步骤：

S1：以空间任意点为原点建立投影坐标系，在此基础上建立惯性系统、超短基线定位系统、卫星定位系统、深度计各传感器位置、姿态之间的矢量关系及方位表达，选定9维待估计参数为状态量，构建系统模型及观测模型；

S2：设置IMM中各模型的初始概率并计算各滤波器的初始状态及协方差矩阵；

S3：对步骤S1中构建的系统模型及观测模型采用三个UKF分别进行滤波，并利用贝叶斯假设检验方法进行模型更新；

S4：根据权重进行输出交互过程，输出最终滤波结果。

所述的基于IMM-UKF的惯性/超短基线多参数标定方法，所述步骤S1具体包括以下过程：

S1.1以空间任意点R为原点建立投影坐标系，在此基础上建立惯性系统、超短基线定位系统、卫星定位系统、深度计各传感器位置、姿态之间的矢量关系及方位表达：

其中，为USBL斜率，分别为n₀系下点R到应答器的矢量在x，y，z方向分量，为n₀系下点R到SINS/GNSS的矢量，C_ij为矩阵i行j列元素，分别为b系下SINS/GNSS与USBL的杆臂误差在x，y，z方向分量，υ₁，υ₂，υ₃为对应量测噪声，为n₀系到b系的旋转矩阵，为USBL坐标系下USBL到应答器的矢量，φ为失准角，(×)为叉乘，为b系下SINS/GNSS与USBL的杆臂误差，为n₀系下点R到应答器的矢量，为深度计提供的高度信息，h_SINS/GNSS为SINS/GNSS高度信息；

S1.2选定9维待估计参数为状态量，构建系统模型与观测模型：