[发明专利]一种基于相对安装位置关系的多惯导协同导航方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于相对安装位置关系的多惯导协同导航方法及装置，包括以下步骤：基于多惯导系统中各惯导的相对安装位置关系，获取主用惯导与备用惯导的导航参数之间的关联关系；获取所述主用惯导与备用惯导之间的相对距离信息和相对姿态信息，基于所述主用惯导与备用惯导的导航参数之间的关联关系构建协同导航系统的量测方程；对所述多惯导系统的误差进行扩展卡尔曼滤波，构建扩展卡尔曼滤波状态方程；基于所述扩展卡尔曼滤波状态方程及所述协同导航系统的量测方程，生成导航信息。本发明基于多套惯导间的相对安装位置关系，利用多套惯导间的相对姿态和相对距离信息构建观测量，实现多惯导的协同导航，有效提高导航系统精度和性能。

技术领域

本发明涉及舰艇导航应用领域，具体涉及一种基于相对安装位置关系的多惯导协同导航方法及装置。

背景技术

惯性导航系统具有独立自主、导航信息完备、隐蔽性强等优点，是舰艇导航领域必不可少的导航手段。然而，受制于惯导工作机理，其定位误差随时间累积，需要外部辅助信息进行修正。对于大型舰艇而言，为了保证导航系统的可靠性，通常冗余配备多套惯导系统，选择其中一套惯导作为主用惯导，其他作为备用惯导。

鉴于多套惯导的安装方式近似为刚性连接，主用惯导与备用惯导间的相对安装位置信息关系稳定、可靠，且可以事先精确测量。在无外部辅助信息条件下，利用多惯导间的相对安装位置关系，以此构建惯导间导航参数的联系，实现多惯导协同导航，实现主用惯导与备用惯导精度的整体提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于相对安装位置关系的多惯导协同导航方法及装置，针对惯导定位误差随时间累积的问题，结合舰艇冗余配置多套惯导系统的特点，在无外部辅助信息条件下实现导航精度提升。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于相对安装位置关系的多惯导协同导航方法，包括以下步骤：

步骤S1：基于多惯导系统中各惯导的相对安装位置测量，建立主用惯导与备用惯导的导航参数之间的数学关系；

步骤S2：获取所述主用惯导与备用惯导之间的相对距离信息和相对姿态信息，基于所述主用惯导与备用惯导的导航参数之间的数学关系构建协同导航系统的量测方程；

步骤S3：对所述多惯导系统的误差进行扩展卡尔曼滤波，构建扩展卡尔曼滤波状态方程；基于所述扩展卡尔曼滤波状态方程及所述协同导航系统的量测方程，生成导航信息。

优选地，所述步骤S1，包括：

步骤S11：通过测量各惯导的相对距离Δr₁₂，构建所述主用惯导与所述备用惯导位置间的数学关系，则有

式中，

和分别表示所述主用惯导和所述备用惯导实际输出的纬度、经度信息，L₁、λ₁和L₂、λ₁分别表示所述主用惯导和所述备用惯导理想或预期输出的纬度、经度信息，δL₁、δλ₁和δL₂、δλ₂分别表示所述主用惯导和所述备用惯导的纬度误差、经度误差；R_n、R_e分别表示地球子午圈、卯酉圈曲率半径；h＝(h₁+h₂)/2表示惯导输出载体的平均高度信息；表示惯导输出载体的平均纬度信息，h₁、h₂分别表示所述主用惯导、所述备用惯导输出载体的高度。本实施例中，使用长度测量工具获取距离信息；

步骤S12：使用标校装置进行安装标校，使得构建所述主用惯导的姿态矩阵和所述备用惯导的姿态矩阵之间的数学关系，则有