[发明专利]一种全姿态捷联惯导系统的非线性初始对准方法

摘要

本发明公开了一种全姿态捷联惯导系统的非线性初始对准方法，主要步骤包括：捷联惯性导航系统粗对准；捷联惯性导航系统双欧拉角直接法非线性滤波器的初始化、时间更新、量测更新及正/反欧拉角直接法的切换。本发明融合了双欧拉角法和直接法，解决了单欧拉角直接法的奇异性问题，可以适用于载体大机动的情况；系统方程以速度微分方程和欧拉角微分方程为主，模型比间接法的一阶近似更精确；滤波过程中同时实现了导航解算，滤波输出为导航参数，避免了力学编排方程的许多重复计算，算法比间接法更简单；相较于四元数直接法而言，不需要修改滤波步骤，算法简单。

主权项

1.一种全姿态捷联惯导系统的非线性初始对准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、捷联惯性导航系统粗对准：根据惯性器件陀螺仪测得的角速度信息和加速度计测得的比力信息，使用基于惯性系重力加速度的凝固解析粗对准算法，求得粗略的以正欧拉角表示的初始纵摇角θ0、横摇角γ0和航向角ψ0；步骤2、根据所述步骤1得到的初始纵摇角θ0，设置正/反欧拉角直接法的运行标志Flag：如果θ0∈[‑45°,+45°]，则Flag＝0，采用正欧拉角直接法；如果θ0∈[‑90°,‑45°)∪(45°,+90°]，则Flag＝1，采用反欧拉角直接法；步骤3、正/反欧拉角直接法非线性滤波器的初始化：根据标志Flag，在滤波开始时刻t₀，利用粗对准的结果初始化滤波器的系统状态向量及其方差矩阵P₀；其中系统状态向量根据Flag标志设定：如果Flag＝0，则采用正欧拉角直接法的状态向量，将粗对准得到的正欧拉角直接赋给系统状态向量如果Flag＝1，则采用反欧拉角直接法的状态向量，先将粗对准获得的正欧拉角转换为反欧拉角，然后将得到的反欧拉角赋给系统状态向量步骤4、每当获得新的陀螺和加速度计测量值，就进行正/反欧拉角直接法非线性滤波器的时间更新：根据标志Flag，利用陀螺和加速度计的输出以及正/反欧拉角直接法的系统方程，进行非线性滤波器的时间更新，得到t_k时刻系统状态向量的一步预测值及其方差矩阵的一步预测值P_k|k‑1，如果Flag＝0，则采用正欧拉角直接法的系统方程进行非线性滤波器的时间更新；如果Flag＝1，则采用反欧拉角直接法的系统方程进行非线性滤波器的时间更新；未获得新的速度观测值时，时间更新后，将赋给t_k时刻系统状态向量的估计值将P_k|k‑1赋给t_k时刻系统状态向量方差矩阵的估计值P_k|k，进入步骤6；若获得了新的速度观测值，则时间更新后，进入步骤5；步骤5、根据标志Flag，利用载体系速度的输出以及正/反欧拉角直接法的量测方程，进行非线性滤波器的量测更新，得到更新后的和P_k|k：如果Flag＝0，则采用正欧拉角直接法的量测方程进行非线性滤波器的量测更新；如果Flag＝1，则采用反欧拉角直接法的量测方程进行非线性滤波器的量测更新；步骤6、如果Flag＝0，则直接输出中的正欧拉角和速度分量，如果Flag＝1，则先将中的反欧拉角转换为正欧拉角，然后输出该正欧拉角和中的速度分量；每次输出后，判断对准时间是否截止，如是，则结束本方法流程，否则进入步骤7；步骤7、根据标志Flag，以及以正欧拉角表示的纵摇角θ的大小，每次量测更新后，进行正/反欧拉角直接法的切换，重置标志Flag：如果Flag＝0，且θ∈[‑45°,+45°]，则Flag保持不变，返回步骤4，进行正欧拉角直接法的下一次非线性滤波的时间更新；如果Flag＝0，且θ∈[‑90°,‑45°)∪(45°,+90°]，则令Flag＝1，将中的正欧拉角转换为反欧拉角，然后返回步骤4，进行反欧拉角直接法的下一次非线性滤波的时间更新；如果Flag＝1，且θ∈[‑45°,+45°]，则令Flag＝0，将中的反欧拉角转换为正欧拉角，然后返回步骤4，进行正欧拉角直接法的下一次非线性滤波的时间更新；如果Flag＝1，且θ∈[‑90°,‑45°)∪(45°,+90°]，则Flag保持不变，返回步骤4，进行反欧拉角直接法的下一次非线性滤波的时间更新。