初速度扰动消除极区动基座对准方法

摘要

本发明公开了一种初速度扰动消除极区动基座对准方法，解决了极区对准易受初始速度误差影响的问题，包括：步骤1：获取传感器数据与组合导航数据；步骤2：设计中高纬度数据转换方法；步骤3：进行姿态更新与速度辅助矢量观测器模型构建；步骤4：设计初速度扰动消除模型；步骤5：利用OBA算法实现姿态确定；步骤6：初始对准过程迭代次数为M，若k＝M，则输出估计的误差参数，完成初始对准，若k

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航系统极区导航领域，尤其涉及一种初速度扰动消除极区动基座对准方法。

背景技术

捷联惯性导航系统是一种自主导航定位系统，而初始对准过程是确保捷联惯性导系统能够正常工作的前提。当前，捷联惯性导航系统初始对准过程都是在低纬度条件下进行的，这限制了捷联惯导系统的应用范围，尤其对于需要再极区作业的设备，通常需要能够在极区条件下完成初始对准过程，但由于极区存在经度快速收敛问题，使得极区对准误差容易受到经度收敛而出现发散现象。此外，极区对准还存在重力矢量与地球自转矢量共线问题，无法进行自对准。

基于上述问题，提出一种初速度扰动消除极区动基座对准方法对于需要再极区作业的设备具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种初速度扰动消除极区动基座对准方法，采用数据转换实现极区导航仿真，利用矢量减法，实现初始速度扰动消除，达到提高极区对准鲁棒性的，解决了极区对准易受初始速度误差影响的问题。

实现本发明目的的技术解决方案具体如下：

一种初速度扰动消除极区动基座对准方法，包括以下几个步骤：

步骤1：获取中纬度的传感器数据与组合导航数据；

步骤2：设计中高纬度数据转换方法，，进行中纬度数据到高纬度转换；

步骤3：基于转换的高纬度数据，进行姿态的更新与速度辅助矢量观测器模型的构建建；

步骤4：设计初速度扰动消除模型去除初速度扰动，确定无扰动速度的观测矢量并构造新的参考矢量；

步骤5：利用OBA算法实现姿态确定；

步骤6：初始对准过程迭代次数为M，若k＝M，则基于确定的姿态输出估计的误差参数，完成初始对准，若k

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用数据转换原理，可以实现中纬度数据到高纬度转换；

(2)本发明初始速度扰动消除技术，可以实现初速度扰动去除，提高对准鲁棒性，解决了极区对准易受初始速度误差影响的问题。

附图说明

图1是本发明方法的对准流程图。

图2是本发明方法仿真实验的运动轨迹图。

图3是本发明方法仿真实验的运动姿态和速度图。

图4是本发明方法仿真实验的纵摇误差图。

图5是本发明方法仿真实验的横摇误差图。

图6是本发明方法仿真实验的航向误差图。

具体实施方式

下面结合附图和实施举例对本发明作进一步的详细说明：

本发明提出的一种初速度扰动消除极区动基座对准方法，如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤1：获取传感器数据与组合导航数据；

当进行动基座对准时，需要获取惯性导航数据和卫星导航数据，其惯性传感器测量模型可以表示为：

式中，

卫星导航系统输出可以表示为：

式中，

步骤2：设计中高纬度数据转换方法；

考虑极区导航算法实现的需要对中纬度数据进行转换，从而模拟高纬度载体运动。转换过程在格网坐标系下进行，其中转换条件为：

式中，

上式表示运动过程中载体的速度和姿态保持不变，但由于进行中高纬度数据转换，其位置需要利用转换之后的速度进行更新计算：

式中，

而对应的高纬度导航系位置可以表示为

式中，

式中，

基于上述分析，转换之后的陀螺输出可以表示为

式中，

加速度计转换输出为：

式中，

转换之后的卫星导航输出为：

式中，

步骤3：进行姿态更新与速度辅助矢量观测器模型构建；

由动基座对准的基本原理可知，其动态姿态更新方程可以表示为：

式中，

利用惯性系对准原理可以构造矢量观测器：

式中，β表示观测矢量；α表示参考矢量；

步骤4：设计初速度扰动消除模型；

从上式中可以看出，观测矢量中包含初始速度，而初始速度误差会一直耦合在观测矢量中，从而影响对准精度。为此，可以采用如下方法进行初始速度消除：

式中，

所以新的不含扰动速度的观测矢量可以计算为：

式中，

同理，新的参考矢量可以构造为：

式中，

步骤5：利用OBA算法实现姿态确定；

利用上述构造的矢量，可以构造如下OBA姿态矩阵：

式中，K

式中，

在以下的仿真条件下，对该方法进行MATLAB仿真实验：

陀螺仪量测常值漂移误差为b

本发明采用速度辅助进行极区对准，利用数据转换原理实现极区仿真，设计初速度扰动消除方法，弱化了初速度扰动对初始对准的影响，提高了对准鲁棒性。