[发明专利]捷联惯性基导航系统信息滤波鲁棒对准方法、系统及终端

说明书

本发明属于SINS初始对准技术领域，公开了一种捷联惯性基导航系统信息滤波鲁棒对准方法、系统及终端，进行捷联惯性基导航系统初始对准模型的构建；进行信息卡尔曼滤波算法的时间更新和量测更新；计算观测量与观测新息之间的马氏距离，计算观测新息对应权值；基于马氏距离算法，引入膨胀因子λ_k，对估计出的R阵进行修正；利用修正后的R阵进行IKF算法量测更新即为鲁棒IKF的量测更新。本发明提出的RIKF方法不仅适用于水下载体系速度辅助惯性基导航系统初始对准中，且还将适用于全球卫星导航系统信号可用性差或遮蔽条件下，载体系速度辅助惯性基导航系统初始对准，并可进一步推广应用至组合导航领域。

技术领域

本发明属于捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)初始对准技术领域，尤其涉及一种捷联惯性基导航系统信息滤波鲁棒对准方法、系统及终端。

背景技术

目前，捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System，SINS) 由于其自主性强、隐蔽性高、结构简单、体积小及成本低等优点，成为自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)长航时、长航程、高精度导航的主要手段。SINS在导航过程中不向外界发射电磁波或其他信号，不易受外界干扰，它具有隐蔽性高、抗干扰能力强的独特优势。因此，SINS已经成为 AUV自主式导航的主流装置。目前来看，AUV尚未具备真正意义上的自主式远程航行能力，其主要原因是导航的精度问题，也就是自主惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)(简称“惯导系统”或“惯导”)的漂移误差积累问题。目前乃至很长一段时间，全航程仍需要天基定位导航系统对INS进行定期校准，而高频无线电信号随水深衰减极快，校准过程中需要AUV上浮至水面或接近水面位置，增大了自身暴露的概率，限制了其长航时隐蔽航行的能力。

初始对准是SINS进行导航解算之前的必经阶段，初始对准的精度对SINS 解算精度有着至关重要的影响，同时运载体的快速反应能力在很大程度上取决于对准的时间。水下SINS初始对准需要外部导航信息进行辅助，目前常用的水下辅助导航手段有：声学定位及海洋物理场匹配导航等。海洋物理场匹配现阶段仍然处于理论研究阶段，海洋物理场的建设还不能满足实际应用的需求。水下声学定位系统的布设成本高，尤其是在远海、深海布设的难度更加大。多普勒计程仪(Doppler velocity log，DVL)利用声脉冲发射信号与散射回波信号之间的多普勒频移信息，得到运载体相对水层或水底的速度，其测速误差不会随时间累积，AUV在大深度、广水域航行过程中，DVL可为SINS提供可靠的外速度辅助信息，SINS与DVL组成的惯性基导航系统可实现全天候、完全自主式的导航。在水下动基座初始对准中，外界环境是复杂多变的，DVL测速容易受到非高斯噪声污染，造成基于标准卡尔曼滤波(Kalman Filter，KF)框架的初始对准方法性能变差甚至发散。

信息卡尔曼滤波(Information Kalman Filter，IKF)是标准KF的一个变种。标准KF利用状态误差协方差矩阵来表示高斯分布，IKF则是采用信息矩阵(状态误差协方差矩阵的逆)来表示高斯分布，这两种表示形式互为对偶。相比于 KF，IKF的优势在于不需要准确已知状态量的初始信息，量测更新效率更高。由于IKF也是基于KF框架下的滤波方法，在实际应用中也需对量测噪声作高斯分布假设。因此，当观测量受到野值等非高斯噪声污染时，IKF滤波性能将会降低甚至发散。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有水下辅助导航技术中，海洋物理场匹配现阶段仍然处于理论研究阶段，海洋物理场的建设还不能满足实际应用的需求。

(2)现有的水下辅助导航技术中，水下声学定位系统的布设成本高，尤其是针对远海、深海的布设难度更加大。

(3)在水下动基座初始对准中，状态量的先验信息并不是始终准确已知，且外界环境复杂多变，DVL测速易受到非高斯噪声污染，造成基于KF框架的初始对准方法性能变差甚至发散。