專利名稱：一種基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及的是一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法，具體涉及一種在僅利用GPS輔助設(shè)備的條件下基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的方法。
背景技術(shù)：
初始對準(zhǔn)的主要任務(wù)就是給定捷聯(lián)慣導(dǎo)的初始姿態(tài)陣。捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)一般可分為粗對準(zhǔn)和精對準(zhǔn)兩個階段。粗對準(zhǔn)的主要任務(wù)是快速將將姿態(tài)誤差控制在比較小的范圍內(nèi)，為下一步精對準(zhǔn)創(chuàng)造條件；精對準(zhǔn)的任務(wù)是在小角度誤差的條件下采用線性模型估計出剩余的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，并對系統(tǒng)進(jìn)行修正，為下一步的導(dǎo)航工作提供初始值。對于高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)一般采用經(jīng)典對準(zhǔn)方法，如解析式對準(zhǔn)方法和羅經(jīng)回路對準(zhǔn)方法，但是這兩種方法都要求高精度的陀螺儀，以便能夠測出地球的自轉(zhuǎn)角速度，因為以上兩種方法都要用地球的自轉(zhuǎn)角速度才能自主的完成初始對準(zhǔn)過程。對于低精度MEMS的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)由于陀螺儀漂移速度比較大，一般為Ι-lOdeg/h，無法量測到地球的自轉(zhuǎn)角速度，因此對高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)能完成的初始對準(zhǔn)方法對低精度MEMS(micro-electro -mechanical systems,微機(jī)電系統(tǒng))的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是無效的，不能夠完成初始對準(zhǔn)。但是隨著低精度MEMS由于低成本的優(yōu)勢在汽車等民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其初始對準(zhǔn)問題的研究就顯得十分必要了。目前對于基于低精度MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的研究，如哈爾濱工程大學(xué)的碩士論文《基于MTi的硅微系統(tǒng)初始對準(zhǔn)技術(shù)研究》:文中采用MEMS磁強(qiáng)計和MEMS加速度計的測量信號解算出一個能夠用于精對準(zhǔn)的捷聯(lián)矩陣，完成粗對準(zhǔn)過程；然后將卡爾曼濾波技術(shù)運(yùn)用到精對準(zhǔn)過程，將平臺誤差角從隨機(jī)誤差和隨機(jī)干擾中估計出來，并用其對粗對準(zhǔn)過程得到的捷聯(lián)矩陣進(jìn)行修正完成精對準(zhǔn)。還有發(fā)表在《中國慣性技術(shù)學(xué)報》的《基于加速度計余度配置的MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法》:文中分析了在載體大俯仰角條件下采用余度配置加速度計的輸出值，通過加權(quán)最小二乘算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合完成水平方向的初始對準(zhǔn)，而航向信息只是說明通過外觀測方式獲得。但是他們在研究低精度MEMS的初始對準(zhǔn)方法，對其初始對準(zhǔn)的航向信息要采用在其他輔助設(shè)備，如磁羅盤或磁強(qiáng)計的條件下才能完成對準(zhǔn)，若沒有輔助設(shè)備在有GPS的條件下也不能完成對準(zhǔn)；本發(fā)明則僅需GPS作為輔助即可完成低精度MEMS的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)，應(yīng)用起來更為方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決在僅利用GPS輔助設(shè)備的條件下完成基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明包括以下步驟:(I)根據(jù)加速度計輸出獲取載體坐標(biāo)系b到水平坐標(biāo)系b'的方向余弦矩陣Cf ;
(2)以位置誤差、速度誤差和姿態(tài)誤差為參數(shù)建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)卡爾曼濾波狀態(tài)方程；(3)建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)的卡爾曼濾波量測方程；(4)根據(jù)卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程進(jìn)行第一次卡爾曼濾波，估計捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差，獲取水平坐標(biāo)系b'到計算地理坐標(biāo)系t的方向余弦矩陣(’丨.，對載體姿態(tài)進(jìn)行第一次修正；(5)建立捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對準(zhǔn)的卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程；(6)利用卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程進(jìn)行第二次卡爾曼濾波；獲取地理坐標(biāo)系t到導(dǎo)航坐標(biāo)系η的方向余弦矩陣C"，對載體姿態(tài)進(jìn)行第二次修正，得到微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的準(zhǔn)確捷聯(lián)矩陣G ο載體坐標(biāo)系b到水平坐標(biāo)系b'的方向余弦矩陣O:
權(quán)利要求
1.一種基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)加速度計輸出獲取載體坐標(biāo)系b到水平坐標(biāo)系b'的方向余弦矩陣rf; (2)以位置誤差、速度誤差和姿態(tài)誤差為參數(shù)建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)卡爾曼濾波狀態(tài)方程； (3)建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)的卡爾曼濾波量測方程； (4)根據(jù)卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程進(jìn)行第一次卡爾曼濾波，估計捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差，獲取水平坐標(biāo)系b'到計算地理坐標(biāo)系t的方向余弦矩陣Q,，對載體姿態(tài)進(jìn)行第一次修正； (5)建立捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對準(zhǔn)的卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程； (6)利用卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程進(jìn)行第二次卡爾曼濾波；獲取地理坐標(biāo)系t到導(dǎo)航坐標(biāo)系η的方向余弦矩陣(了，對載體姿態(tài)進(jìn)行第二次修正，得到微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的準(zhǔn)確捷聯(lián)矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的載體坐標(biāo)系b到水平坐標(biāo)系b'的方向余弦矩陣Cf為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的一種基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)卡爾曼濾波的狀態(tài)方程的狀態(tài)向量為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)的卡爾曼濾波量測方程為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于低精度MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的水平坐標(biāo)系b'到計算地理坐標(biāo)系t的方向余弦矩陣
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于低精度MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對準(zhǔn)的卡爾曼濾波狀態(tài)方程的狀態(tài)向量為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于低精度MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述的計算地理坐標(biāo)系t到導(dǎo)航坐標(biāo)系η的方向余弦矩陣 "為:
全文摘要
本發(fā)明是涉及的是一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)方法，具體涉及一種在僅利用GPS輔助設(shè)備的條件下基于低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的方法。本發(fā)明包括獲取載體坐標(biāo)系到水平坐標(biāo)系的方向余弦矩陣；建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)卡爾曼濾波狀態(tài)方程；建立低精度微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)的卡爾曼濾波量測方程；對載體姿態(tài)進(jìn)行第一次修正；建立捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對準(zhǔn)的卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測方程；進(jìn)行第二次卡爾曼濾波；對載體姿態(tài)進(jìn)行第二次修正，得到微機(jī)電系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的準(zhǔn)確捷聯(lián)矩陣。本發(fā)明利用兩次卡爾曼濾波估計出低精度MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差的方法，完成了系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)，使應(yīng)用更便捷。
文檔編號G01C21/16GK103217174SQ201310122010
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者奔粵陽, 劉新源, 李倩, 高偉, 于飛, 李敬春, 楊嬌龍, 周廣濤, 鮑桂清, 徐文佳 申請人:哈爾濱工程大學(xué)