[发明专利]一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法和装置

说明书

本发明实施例提供了一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法和装置，主要步骤包括：获取舰船上的传感器的实时数据；建立初始对准参考坐标系；建立系泊状态下的改进非线性初始对准误差模型及其离散化；基于所述获取的舰船传感器实时数据进行导航解算，生成所述舰船的姿态和速度；然后采用四元数无味估计器进行滤波估计；利用所述滤波器估计的状态参数，对所述姿态和速度进行闭环反馈校正，将校正后的姿态四元数转换成姿态欧拉角实时输出，直至对准过程结束。本发明优点在于考虑了矢量投影坐标系的一致性问题，将姿态四元数误差和速度误差统一投影至计算导航坐标系中，优化了误差模型，具有缩短对准时间，提升对准精度的特点。

技术领域

本发明涉及舰船惯性导航技术领域，尤其涉及一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法和装置。

背景技术

初始对准目的是为SINS提供准确的初始姿态等信息，对准的精度和快速性是影响SINS后续工作性能的两项重要指标。目前，对准方法主要可以归纳为以下两类：第一类是“粗对准+精对准”两阶段对准方法，经过粗对准获取粗略的姿态信息后，再进一步完成精对准。其中，粗对准方法主要为解析法和基于坐标系分解的凝固惯性系方法；精对准方法主要有卡尔曼滤波法、参数辨识法和罗经法。第二类是基于非线性误差模型的非线性对准方法，可以实现大失准角情形下的一步对准。目前，针对此类方法的主要研究有SINS非线性误差模型和非线性滤波方法两方面。非线性对准简化了对准过程，可以提升对准速度，但有研究发现其对准精度往往不如两阶段对准法。当前，此类对准的非线性滤波方法研究较多，非线性模型的区别多在姿态的表达形式上，而模型的准确性会对对准精度造成较大影响，传统的非线性模型只考虑了向量的大小差异，忽视了坐标系的一致性问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法和装置，能够提高初始对准的精度。

一种系泊状态下舰船的快速初始对准方法，包括：

步骤1，获取舰船上的传感器的实时数据，所述实时数据包括：捷联惯导系统SINS的陀螺仪测量值、加速度计测量值以及卫星导航接收机GNSS的速度阻尼信息和位置阻尼信息；

步骤2，建立初始对准参考坐标系，所述初始对准参考坐标系包括：地心惯性坐标系、地球坐标系、载体坐标系、导航坐标系、计算导航坐标系；

步骤3，建立系泊状态下的改进的非线性初始对准误差模型，并对改进的所述非线性初始对准误差模型进行离散化，形成非线性离散对准模型；

步骤4，基于所述获取舰船上的传感器的实时数据，进行导航解算，生成所述舰船的姿态和速度；然后基于所述获取舰船上的传感器的实时数据，根据所述非线性离散对准模型，构建用于初始对准的四元数无味估计器估计模型；然后利用所述四元数无味估计器估计模型的状态参数，对所述姿态和速度进行闭环反馈校正，将校正后的姿态四元数转换成欧拉角实时输出，直至对准过程结束。

一种系泊状态下舰船的快速初始对准装置，包括：

获取单元，获取舰船上的传感器的实时数据，所述实时数据包括：捷联惯导系统SINS的陀螺仪测量值、加速度计测量值以及卫星导航接收机GNSS的速度阻尼信息和位置阻尼信息；

第一建立单元，建立初始对准参考坐标系，所述初始对准参考坐标系包括：地心惯性坐标系、地球坐标系、载体坐标系、导航坐标系、计算导航坐标系；

第二建立单元，建立系泊状态下的改进的非线性初始对准误差模型，并对改进的所述非线性初始对准误差模型进行离散化，形成非线性离散对准模型；

处理单元，基于所述获取舰船上的传感器的实时数据，进行导航解算，生成所述舰船的姿态和速度；然后基于所述获取舰船上的传感器的实时数据，根据所述非线性离散对准模型，构建用于初始对准的四元数无味估计器估计模型；然后利用所述四元数无味估计器估计模型的状态参数，对所述姿态和速度进行闭环反馈校正，将校正后的姿态四元数转换成欧拉角实时输出，直至对准过程结束。