基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法

摘要

本发明涉及一种基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法，采用惯性系双矢量定姿算法进行粗对准，在粗对准期间存储传感器数据；获得粗对准姿态矩阵后，利用存储数据进行姿态和速度回溯更新；采用简化二阶模型对速度误差进行无初值递推最小二乘参数拟合，从拟合系数中提取平台失准角并进行补偿。本发明建立了简化的二阶速度误差模型，并在回溯精对准过程中采用简化的二阶速度误差模型，无需设置递推初值，减小了递推计算量，适合工程应用；设计无初值递推最小二乘方法进行参数拟合，避免了初值设置随机性对收敛速度的影响，提高了对准精度和收敛速度。经测试，在车载典型晃动环境下，本发明方法能够在10s内获得0.2°的方位对准精度。

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种惯性导航系统快速自对准方法，具体涉及一种基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法。

背景技术

准静基座自对准是指惯性导航系统在微幅晃动条件下，不需要外界方位参考信息，仅通过惯性传感器敏感地球自转角速率和重力加速度信息来建立初始姿态矩阵。对准精度和快速性是评价初始对准性能的两项关键指标，为达到自对准极限精度，初始对准过程通常需要持续5～10min时间。但在某些应急场景下，载体需要在极短的时间内(比如10s)获得一定精度的姿态和航向信息，这就对惯导系统初始对准的快速性提出了更高的要求。受载体微幅晃动影响，基于传感器数据平均的传统解析粗对准方法在短时间内精度不高。

文献“单轴旋转捷联惯导系统回溯式对准方法，航空精密制造技术，2018，Vol54(1),p16-20”公开了一种快速正向回溯式初始对准方法。该方法在粗对准阶段压缩存储关键数据，待粗对准结束后重复利用存储数据完成精对准，能够抑制载体晃动干扰的影响，并通过数据复用技术缩短了对准时间，等效提高了对准精度和速度。文献所述方法在回溯阶段采用基于卡尔曼滤波器的精对准算法，受滤波器参数设置和滤波更新周期的影响，需要较长时间才能收敛，短时对准精度不高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法，克服现有回溯精对准方法收敛速度慢、短时对准精度低的不足。

技术方案

一种基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用经典惯性系双矢量定姿方法进行粗对准，实时求解初始时刻的姿态矩阵，同时存储陀螺和加速度计采样数据；

步骤2：粗对准结束后，利用初始姿态矩阵和存储数据进行姿态和速度更新解算，获得当前姿态矩阵

步骤3：建立简化的二阶速度模型

式中，观测矩阵H＝[1 t t

步骤4：根据速度v

式中a、b

步骤5：回溯对准结束时刻，计算系数X

由系数X

式中g、ω

步骤6：以平台失准角φ

式中

所述步骤2在进行姿态和速度更新解算时的数据采样周期为10ms。

所述惯导系统采用光纤捷联惯导系统。

所述惯导系统光纤陀螺漂移为0.01°/h，随机游走系数为

有益效果

本发明提出的一种基于参数拟合的惯导系统准静基座快速自对准方法，采用惯性系双矢量定姿算法进行粗对准，在粗对准期间存储传感器数据；获得粗对准姿态矩阵后，利用存储数据进行姿态和速度回溯更新；采用简化二阶模型对速度误差进行无初值递推最小二乘参数拟合，从拟合系数中提取平台失准角并进行补偿。本发明建立了简化的二阶速度误差模型，并在回溯精对准过程中采用简化的二阶速度误差模型，无需设置递推初值，减小了递推计算量，适合工程应用；设计无初值递推最小二乘方法进行参数拟合，避免了初值设置随机性对收敛速度的影响，提高了对准精度和收敛速度。经测试，在车载典型晃动环境下，本发明方法能够在10s内获得0.2°的方位对准精度。

附图说明

图1是本发明方法和传统方法获得的最终方位对准误差

图2是本发明方法和背景方法获得的方位对准误差随时间统计结果

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例是惯性导航系统中，基于参数拟合的准静基座快速自对准方法，包括如下步骤：

步骤1：采用经典惯性系双矢量定姿方法进行粗对准，实时求解初始时刻的姿态矩阵，同时存储陀螺和加速度计采样数据；

步骤2：粗对准结束后，利用初始姿态矩阵和存储数据进行姿态和速度更新解算，获得当前姿态矩阵

步骤3：忽略小量误差，建立简化的二阶速度模型

式中，观测矩阵H＝[1 t t

步骤4：根据解算速度v

式中a、b

步骤5：回溯对准结束时刻，计算系数X

由系数X

式中g、ω

步骤6：根据平台失准角φ

式中

具体实施例：

本实施例采用光纤捷联惯导系统，其中光纤陀螺漂移为0.01°/h，随机游走系数为

图1为背景方法和本发明方法获得的最终方位对准误差，其中背景方法的时间更新和量测更新周期均设置为10ms，两种方法的方位对准统计结果(均方根误差，RMS)分别为0.7°和0.2°。

图2为背景方法和本发明方法获得的方位对准误差随时间统计结果，显示本发明方法估计的方位误差在5s后迅速收敛，收敛速度优于背景方法。

实施例效果表明，本发明方法在10s内的方位对准精度和收敛速度显著优于背景方法，10次车载试验的方位对准精度统计结果为0.2°。另一方面，本发明采用无初值递推最小二乘方法进行参数拟合，其计算量显著低于背景方法，工程实用性强。