[发明专利]一种基于杆臂估计的INS/GPS组合导航系统反馈校正方法

摘要

一种基于杆臂估计的INS/GPS组合导航系统反馈校正方法，该方法将杆臂误差扩展至系统误差状态向量中进行估计，通过比较杆臂估计值与真实值之差是否在误差阈值范围内，来判断惯性器件随机误差是否得到准确估计。当杆臂估计值误差小于设定阈值时惯性器件误差得到有效估计，利用估计出的惯性器件随机常值误差修正陀螺仪及加速度计测量输出，并在组合Kalman滤波时进行全反馈校正，反之，则不对惯性器件误差进行反馈校正。本发明可实现对惯性器件随机常值误差进行有效估计并进行全反馈校正，能够有效提高INS/GPS组合导航系统的精度。

主权项

1.一种基于杆臂估计的INS/GPS组合导航系统反馈校正方法，其特征在于包括下列步骤：（1）进行飞行试验前，利用激光全站仪测量出INS/GPS组合导航系统中IMU至GPS天线间的真实杆臂R_t；（2）采集飞行试验过程中INS/GPS组合导航系统的惯性测量数据及GPS数据，其中惯性测量数据包括三轴陀螺仪数据和三轴加速度计数据x,y,z轴的陀螺仪数据分别表示为x,y,z轴的加速度计数据分别表示为GPS数据包括GPS时间及当地地理系下的位置和速度，其中位置包括纬度L_gps，经度λ_gps及高度H_gps，速度包括东向速度V_Egps，北向速度V_Ngps，天向速度V_Ugps，记第i个GPS采样时刻的GPS时间为T_gps(i)，i=1，2，...，n，其中n为一次飞行试验过程中飞机从起飞至降落时的飞行总时间，单位为秒；（3）根据步骤（1）测量的真实杆臂R_t给定杆臂初值R_ini＝R_t-[0.5,0.5,0.5]^T，并根据C/A码GPS信号中的位置误差精度给定杆臂估值误差阈值为R_th，采用包括位置误差δP、速度误差δV、失准角误差ψ、陀螺随机常值漂移ε_g，加速度计随机常值零偏ε_a及杆臂误差δl在内的18维误差状态作为Kalman滤波器的误差状态向量，在GPS信号未到来时，利用步骤（2）采集到的惯性测量数据进行惯性导航解算；当GPS信号到来时，在GPS采样时刻进行Kalman滤波，对18维误差状态进行滤波估计；每次滤波后，利用滤波估计出的位置误差δP、速度误差δV、失准角误差ψ对INS解算结果进行反馈校正，利用杆臂误差δl对杆臂初值R_ini进行校正得到杆臂估计值R_e，同时用反馈校正后的杆臂估计值R_e更新R_ini；（4）将步骤（3）得到的杆臂估计值R_e与步骤（1）测量的真实杆臂R_t相比，如果其误差小于步骤（3）给定的杆臂估值误差阈值R_th时，将此时估计得到的陀螺漂移ε_g和加速度计零偏ε_a作为陀螺漂移估计值ε_ge和加速度计零偏估计值ε_ae，在下一个GPS采样时刻，执行步骤（5）；否则，在下一个GPS采样时刻，返回执行步骤（3）；（5）去掉步骤（3）中18维状态向量中的3个杆臂误差，得到15维向量，将该15维状态向量作为Kalman滤波器误差状态向量，利用步骤（4）获取的惯性器件随机常值误差ε_ge和ε_ae校正陀螺和加速度计采样值，利用修正后的陀螺及加速度计数据进行INS解算，在GPS采样时刻，利用步骤（1）的真实杆臂R_t进行杆臂误差补偿，采用15维状态向量的kalman滤波器进行全反馈INS/GPS组合导航。