[发明专利]晃动基座条件下陆用惯性导航系统的自适应初始对准方法

说明书

本发明提供了一种晃动基座条件下陆用惯性导航系统的自适应初始对准方法，包括：S1、粗对准结束后，计算获得载体的初始精对准误差模型矩阵的数值解；S2、将误差模型中的系统方程进行离散化，获得离散化处理后的误差模型方程；S3、基于矩阵行列式函数，利用位置和速度误差向量序列构建与未知观测噪声协方差矩阵相关统计变量；S4、基于递推估计求取位置和速度误差的观测噪声协方差矩阵估计序列；S5、将位置和速度误差观测噪声协方差矩阵估计序列作为观测噪声协方差矩阵代入标准卡尔曼滤波方法中，计算惯性导航系统的失准角实时的状态估计以及状态估计偏差的协方差矩阵。本发明方法形式简单，有良好的实时性，利于惯性导航系统的工程实践应用和实现。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种晃动基座条件下陆用惯性导航系统的自适应初始对准方法。

背景技术

惯性导航系统是一种基于载体的初始姿态、速度和位置信息依据惯性器件的测量信息完成实时导航定位的一种航位推算自主导航系统。惯性导航系统作为一种定位定向设备广泛地应用于现代先进的陆用车辆及其搭载的武器装备中，它能够自主精确地提供载体的姿态、速度和位置信息，引导载车行驶，为武器的发射提供基准。惯性导航系统的性能决定着载车的快速反应能力、目标捕获能力、打击精度以及协同作战能力等，关系到作战任务的成败。

惯性导航系统的初始对准过程用于惯性导航系统初始姿态角或方向余弦矩阵的获取，属于惯性导航系统核心技术之一。惯性导航系统的初始自对准过程依据其对照的基本原理可以分为两步：粗对准和精对准过程，其中粗对准是依据少量的惯性器件测量数据获得初始姿态阵的粗略结果，可以提供精对准过程的初始方向余弦矩阵等信息；精对准过程是在粗对准过程的基础上，依据惯性器件的测量信息通过精对准过程修正获得初始姿态阵等误差信息，获得高精度的惯性导航系统的初始信息过程。精对准过程中基于惯性导航系统的误差传播方程，应用卡尔曼滤波算法在静基座条件下，完成惯性导航系统初始自对准，由于其算法形式简单，容易计算机实现等特点是一种广泛应用的初始自对准技术。

在精对准过程中应用卡尔曼滤波算法技术时，需要首先在误差传播方程的基础上确定系统过程噪声和观测噪声的统计特性信息，然后才能应用滤波算法完成误差信息的在线估计过程。

在惯性导航系统精对准系统动态模型中，系统的过程噪声分量由惯性器件的随机误差决定，其噪声统计特性可以由组成系统的惯性元器件的测量精度及其特性确定。惯性导航系统精对准系统动态模型中的观测噪声(一般为速度误差噪声)一般难以事先精确获取，在工程应用中往往应用观测噪声协方差矩阵的上限替代观测噪声协方差矩阵的真实值。

虽然可以获得误差状态的估计结果，但通过上限理论获得并非误差状态的最优估计。此外，工作环境的变化也可能会导致陆用惯性导航系统的惯性器件误差特征发生偏移，导致精对准过程中观测噪声的统计特征发生无法事先预知的大范围不确定性变化。

基于惯性导航系统的误差传播机理，如何构建观测噪声协方差矩阵事先完全未知递推估计算法替代标准卡尔曼滤波算法来解决自适应的初始精对准，并提高初始方向余弦阵的估计精度是当前迫切需要解决的陆用惯性导航技术难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晃动基座条件下陆用惯性导航系统的自适应初始对准方法及系统，以解决精对准过程中由于复杂工作环境导致的观测噪声协方差矩阵完全未知时的初始姿态误差角或方向余弦矩阵的高精度估计的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种晃动基座条件下陆用惯性导航系统的自适应初始对准方法，该方法针对的线性时不变系统模型为：