[发明专利]一种多加速度计惯导系统的组合导航方法

权利要求书

1.一种多加速度计惯导系统的组合导航方法，其特征在于，所述的多加速度计惯导系统包括一体化三轴陀螺(7)、三轴中心加速度计、三轴辅助加速度计和数据采集处理板(8)；所述的一体化三轴陀螺位于载体中心位置，所述的三轴中心加速度计分别安装在一体化三轴陀螺的三个坐标轴正方向上，所述的三轴辅助加速度计分别安装在一体化三轴陀螺的三个坐标轴负方向上，所述的一体化三轴陀螺、三轴中心加速度计、三轴辅助加速度计的信号输出端连接数据采集处理板；所述的三轴中心加速度计和三轴辅助加速度计的安装位置与载体中心的距离相等；

所述的组合导航方法包括：

1)通过数据采集处理板(8)同步采集多加速度计惯导系统中的三轴中心加速度计、三轴辅助加速度计输出的比力值，以及一体化三轴陀螺(7)输出的载体三轴角速度值；

2)根据一体化三轴陀螺(7)输出的载体三轴角速度值判断多加速度计惯导系统的运动状态，若三轴角速度值大于阈值，则判断为处于高运动状态，进入步骤3)，利用多加速度计对三轴角速度值进行动态补偿；否则，判断为处于低运动状态，将一体化三轴陀螺(7)输出的载体三轴角速度值作为最终角速度值，进入步骤4)；

3)将利用加速度计杆臂效应解算出的载体三轴角速度值与一体化三轴陀螺输出的载体三轴角速度值相融合，得到姿态角修正值作为最终动态补偿后的角速度值，进入步骤4)；

4)利用三轴中心加速度计、三轴辅助加速度计输出的比力值，计算载体中心的三轴比力，与低运动状态下一体化三轴陀螺输出的载体三轴角速度值或高运动状态下步骤3)得到的姿态角修正值进行组合导航更新。

2.根据权利要求1所述的一种多加速度计惯导系统的组合导航方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：

3.1)利用加速度计杆臂效应解算出载体三轴角速度值，计算公式为：

其中，f₁、f₂、f₃分别为三轴中心加速度计输出的对应于X轴、Y轴、Z轴的比力值，f₄、f₅、f₆分别为三轴辅助加速度计输出的对应于X轴、Y轴、Z轴的比力值，分别为根据加速度计解算出的X轴角加速度、Y轴角加速度、Z轴角加速度，ω_xa、ω_ya、ω_za分别为根据加速度计解算出的X轴角速度、Y轴角速度、Z轴角速度，ΔT为数据采集处理板的采样时间，l表示三轴中心加速度计或三轴辅助加速度计与坐标系中心的距离；

3.2)将一体化三轴陀螺输出的载体三轴角速度值与根据加速度计解算出的载体三轴角速度值的差值作为鲁棒容积卡尔曼滤波器的输入，根据滤波增益得到姿态角修正值，计算公式为：

Δω_x＝ω_x-ω_xa

Δω_y＝ω_y-ω_ya

Δω_z＝ω_z-ω_za

式中，ω_x、ω_y、ω_z为一体化三轴陀螺输出的载体三轴角速度值，Δω_x、Δω_y、Δω_z为三轴角速度差值，K_k为滤波增益，ω_xx、ω_yy、ω_zz为姿态角修正值。

3.根据权利要求2所述的一种多加速度计惯导系统的组合导航方法，其特征在于，利用鲁棒容积卡尔曼滤波器随采样时间更新后的滤波增益，实现随时间变化的动态补偿，具体为：

滤波器状态更新：

x_k+1＝f(x_k,u_k)+w_k

z_k+1＝h(x_k+1)+v_k+1

式中，f(·)为状态方程，h(·)为量测方程，x、u、z分别对应状态变量、控制变量及量测变量，w为系统噪声、v为量测噪声，下角标k表示当前时刻，下角标k+1表示下一时刻；

滤波器时间更新：

式中，Q为系统噪声的协方差矩阵，N为预设的容积点数量，为容积点为i时对应的k-1时刻的系统噪声，为k-1时刻到k时刻的状态变量一步估计值，为容积点为i时对应的k-1时刻的状态变量值，Q_k-1为k-1时刻系统噪声的协方差矩阵，上角标T代表转置，P_k∣k-1为k-1时刻到k时刻的一步预测误差协方差矩阵；

滤波器量测更新：

式中，R_k为k时刻量测噪声的协方差矩阵，为k-1时刻到k时刻的量测变量一步估计值，为容积点为i时对应的k-1时刻到k时刻的系统噪声，为容积点为i时对应的k-1时刻到k时刻的状态变量值，为k-1时刻到k时刻的自相关协方差矩阵，为k-1时刻到k时刻的互相关协方差矩阵；

滤波增益更新：

式中，K_k表示k时刻的滤波增益，为k时刻的自相关协方差矩阵，为k时刻的互相关协方差矩阵。