[发明专利]一种基于自适应互补滤波的捷联惯导系统外水平阻尼方法

摘要

本发明公开一种基于自适应互补滤波的捷联惯导系统外水平阻尼方法，属于航海捷联惯导技术领域。该方法中，采用自适应互补滤波技术，消除由初始误差与振荡误差。在设计阻尼网络过程中，首先应用互补滤波技术，得到高阶阻尼网络；然后根据随时间变化的外参考速度误差寻找阻尼参数与外参考速度误差的关系，得到关系表达式；最后将阻尼参数代入到阻尼网络中，并将此阻尼网路带入到惯导的解算回路中，得到新的解算方程。该自适应互补滤波阻尼网络的阻尼消除了舒勒振荡误差，由于阻尼切换导致的超调误差以及由于外参考速度变化而引起的偏离中心值甚至是发散的现象，具有更高的稳定性和实用性。

主权项

一种基于自适应互补滤波的捷联惯导系统外水平阻尼方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：基于互补滤波的阻尼网络选取方法如下，由于阻尼网络需要具有使得常数的外参考速度误差对惯性指示位置误差和速度误差的贡献为0，而加速度计测量误差和陀螺仪漂移误差的低频分量影响保持与无阻尼状态的情况不变，有效过滤外参考速度和惯性仪表输出的高频干扰信号得功能，且保证舒勒阻尼回路的闭环特征方程的特征根具有负实部，因此选却的阻尼网络需要具有良好的高频和低频特性；由于常速度网络具有抑制高频参考速度误差的特性，而相位滞后‑超前网络对陀螺仪漂移加速度计误差具有高频衰减特性，二者的互补性很强，因此考虑将两种网络组合成互补滤波器，常速度网络QA(s)和相位滞后‑超前网络QB(s)为：QA(s)=ss+2ξws]]>QB(s)=(1+4ξη)s2+2(ξ+η)wss+ws2s2+2(ξ+η)wss+ws2]]>即保持常速度网络的高频特性和相位滞后‑超前网络的低频特性，互补匹配后的高阶网络为：Q(s)=QA(s)(s2+ws2QB(s))+s2W(s)(QB(s)-QA(s))s2+ws2QB(s)-ws2W(s)(QB(s)-QB(s))]]>步骤二：在惯导系统中加入自适应机构，多普勒计程仪测得的外参考速度和惯导系统的速度之差为自适应机构的输入量，阻尼网络的参数为自适应机构的输出量，自适应阻尼系统通过自适应机构根据外速度误差实时的调整阻尼网络参数；步骤三：选取速度误差作为自适应机构的目标函数，即：J=∫(δvx2+δvy2)dt]]>其中，δvx,δvy分别为东向和北向系统速度与外参考速度之差；由捷联惯导系统的传播特性可知，系统的速度和外参考速度之差对阻尼参数的影响很大；由于vINS＝v+δvINS,vr＝v+δvr,δv＝vr‑vINS，其中δv,δvr,vr,vINS,v分别为系统速度与外参考速度之差，外参考速度误差，外参考速度，系统速度和真实速度；由于多普勒计程仪测得的外参考速度误差易受环境影响，外参考速度误差到系统误差的传递需要通过1‑Q(s)，因此可以等效为变换外参考速度误差，来寻求最优的阻尼系数的方法，使目标函数最小，最终得到外速度误差与阻尼比的拟合曲线为：ξ=1.59δvr2+0.889δvr+1.097]]>步骤四：将带有自适应机构的互补滤波阻尼网络带入到惯导系统的解算回路中，得到惯导的解算方程为：其中Q(s)为含有随时间变化参考速度误差的阻尼参数的阻尼网络，RM,RN为地球子午圈半径和卯酉圈半径，Ω为地球自转角速度，按照上述控制方程进行惯导解算，即可位置误差、速度误差和姿态角误差中的消除舒勒振荡与状态切换的超调误差。