[发明专利]一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法

说明书

本发明公开了一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法。首先，为了提高MEMS的对准精度，推导了扩展角速率量测的单轴旋转调制原理，其次，研究了多衰落因子的自适应卡尔曼滤波器，以消除扩展测量引起的模型误差，针对传统自适应方法的缺陷，建立基于BAS搜索算法的最佳渐消因子获取算法模型。通过本发明方法对具有确定参数单轴旋转调制动机座精对准方法进行验证，取得效果能够满足高精度精对准要求。

技术领域

本发明属于惯性导航领域，具体涉及一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法，针对动基座精对准耗时长、精度差等特征，实现良好的对准精度。

背景技术

捷联惯导系统是一种自主、信息量全的导航系统，初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一。初始对准的精度影响捷联惯导系统的导航精度，初始对准的速度影响载体的快速反应能力。通常初始对准分为粗对准和精对准两个阶段。粗对准利用加速度计、陀螺的输出和已知的重力矢量、地球转速以及当地纬度等参数，直接计算出捷联矩阵。粗对准速度较快，但精度较差。卡尔曼滤波器通常被用于实现捷联惯导系统的精对准，实践证明具有较好的效果。然而受到可观测度的限制，捷联惯导系统初始对准速度和精度相互矛盾，尤其对于基于MEMS(微机电系统)的捷联惯导系统，其陀螺仪常值漂移及加速度计常值偏置大，限制了其在高端导航需求的应用。如何在最短的时间内取得最好的动机座对准精度成为当前基于MEMS的捷联惯导系统研究的热点之一。

单轴旋转调制是提高MEMS捷联惯导的对准精度的常用方法。单轴旋转调制只能调节垂直于旋转轴的恒定漂移和偏差，沿旋转轴的常值误差仍然存在，同时对旋转方向的陀螺常值漂移和天向失准角的估计需要很长时间。因此，为了满足高精度导航应用的需要，如何快速估计旋转方向的陀螺常值漂移和天向失准角是需要深入研究的问题。近些年来，一些新的的算法被应用到估计天向失准角和陀螺漂移中，如神经网络法、经纬度辨识法、最小二乘法、扩展辅助量测量等方法。经纬度辨识法能够满足高精度的估计要求，但是估计耗时长，无法满足快速对准的要求；神经网络法估计精度高，但是需要经过大量的数据预学习，且对于不同捷联系统泛化能力差；最小二乘法应用较为广泛，但是其需要的估计时间仍然很长；角速度扩展辅助量测量法是近年发展起来的提高精对准收敛速度的较为实用的方法，但是仅仅限于静基座的精对准，在动机座精对准尚缺乏相关研究。由于载体的实时运动角速度无法精确获取，其限制了角速度扩展辅助量测量法的应用。多渐消因子自适应卡尔曼滤波是解决滤波模型失配的常用方法，渐消因子的获取一般通过经验公式近似估计，影响了滤波效果。随着生物启发式算法的出现，如天牛须寻优算法(BAS)，有很强的多变量全局寻优能力及鲁棒性，在一定程度上克服了迭代优化法等方法的耗时长、计算复杂等问题，并在复杂寻优过程中取得了广泛的应用。目前基于BAS算法在复杂系统参数实时辨识及控制并在一定程度上取得了较好的效果，但目前在自适应卡尔曼滤波中用于求解渐消因子还没有被提出与应用。

提高精对准的实时计算精度也可以在硬件上进行改进，例如采用高性能CPU及GPU的计算机，这种方案在一定程度上可以提高算法的更新迭代速度，却增加了硬件的复杂性，提高了成本，不利于在实践中进行推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法，对具有确定参数单轴旋转调制动机座精对准方法进行验证，取得效果能够满足高精度精对准要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法，包括下列步骤：

步骤1)，沿Z轴的单轴旋转调制矩阵转换模型如下：

其中，s系为MEMS单元坐标系，b为载体坐标系，Ω为调制角速度。

步骤2)，角速度扩展量测方程推导过程如下：