專利名稱：一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法
技術領域：
本發明涉及一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，屬于捷聯慣性導航技術領域。
背景技術：
捷聯慣導由于不需要任何外界的參考信息，也不向外界發射任何信息，因而捷聯慣導是一種完全自主的導航方式，它具有不依賴外界信息，隱蔽性強，機動靈活等優點，且具備多功能參數輸出；與平臺慣導相比，捷聯慣導系統不需要精密的穩定平臺，減少了硬件結構，因而成本大大降低。捷聯慣導系統存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發散，在精度要求較高的情況下，捷聯慣導系統不能單獨長時間工作，必須不斷以其他信息加以修正。·
初始對準對于捷聯式慣導系統來說，初始對準就是確定初始時刻的姿態矩陣，使數學平臺坐標系與導航坐標系重合。慣導系統的初始對準按對準的階段分可分為粗對準和精對準，按對準軸系分可分為水平對準和方位對準，按基座的運動狀態分可分為靜基座對準和動基座對準，按對外部信息的依賴程度分可分為主動式對準和非主動式對準。初始對準的精確性和快速性是慣導系統的兩項重要技術指標。傳遞對準當系統中存在多個慣組時，如果慣組之間的精度存在較大的差別，可以使用精度較高的慣組去校正精度較低的慣組，這種技術即傳遞對準技術。傳遞對準實際上是一種動基座對準，它利用精度較高的主慣導系統(MINS)來校準未對準的子慣導系統(SINS)。傳遞對準技術的提出最初是為了應用于機載導彈的快速對準，后來又引入到艦載設備初始對準領域。現在已廣泛應用于機載、艦載及陸地戰車的導彈初始對準，艦載機起飛iu的對準等等。協同概念如果慣組之間存在直接相對觀測或者間接相對觀測，那么通過一定的信息交換，就可以實現相互之間導航資源的共享，從而獲得比獨自導航更優的性能，這種導航方式稱為協同導航。將協同導航的概念引入多慣組系統中，當慣組之間存在相互測量信息或者多慣組的測量信息有一定的聯系的時候，可以利用相互導航資源的共享來提高單獨導航性能。Kalman濾波技術在組合導航系統中，Kalman濾波器根據外部參考信息,對慣導系統的誤差進行校正。Kalman濾波是從與被提取信號有關的觀測量中，通過算法估計出所需信號的一種濾波算法，是一種遞推線性最小方差估計。其中被估信號是由白噪聲激勵所引起的隨機響應，估計過程中利用了系統的狀態方程、量測方程、白噪聲激勵的統計特性和量測誤差的統計特性。張立川等在《基于雙水聽器的多自主水下航行器協同導航方法》中提到，提出了一種基于雙水聽器信號的MAUVS協同定位方法在主從式結構中，主AUV內部裝備高精度導航設備，從AUV內部裝備低精度導航設備，外部均裝備水聲裝置測量相對位置關系，從AUV通過水聲測量確定出相對距離和相對方位角，再輔以主AUV精確位置，得到從AUV精確位置。(參考文獻[張立川，徐德民，劉明雍.基于雙水聽器的多自主水下航行器協同導航方法[J].西安西北工業大學航海學院.2011])，但是存在的缺點是1、要求主慣組比從慣組的精度高；2、同等精度慣組不適用該方案進行協同導航。還有一種基于數據鏈無線電測距功能實現智能導彈協同定位的方法。考慮智能導彈編隊由領彈和攻擊彈組成，給出了智能導彈編隊協同作戰模式和基于數據鏈的無線電測距方法。這種方法將領彈與攻擊彈之間的相對距離信息和攻擊彈自身的慣導信息相結合，從而實現了攻擊彈的精確定位。(參考文獻[王小剛，郭繼峰，崔乃剛.基于數據鏈的智能導彈協同定位方法[J].哈爾濱哈爾濱工業大學航天學院，2009])但是存在的缺點是1、要求領彈慣組具有較高的精度，領彈的慣組精度直接影響定位的精度；2、領彈和從彈慣組有相同精度的時候，該方案不適用；3、既定數目領彈執行協同搜索任務時，在考慮最大搜索范圍的同時，也要考慮到搜索編隊構型對協同定位精度的影響；4、該方法也受領彈數目和領彈與攻擊彈之間隊形幾何條件約束。傳遞對準技術通常要求母慣組的精度一般比子慣組的精度高幾個數量級，當兩個同等精度的慣組同時進行對準時，傳統意義上的傳遞對準方案并不適用。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，本發明將協同概念引入初始對準中，建立多慣組間不同方面的約束關系，得到了適用于同等精度條件下多慣組協同初始對準方案。本發明的一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，包括以下幾個步驟步驟一、建立單慣組對準數學模型，慣組A和慣組B利用各自的慣性測量單元測得載體的加速度和角速度信息，并進行捷聯慣導導航解算，得到慣組A和慣組B導航參數信息；步驟二、基于單慣組對準數學模型，建立多慣組協同對準的狀態方程；步驟三、建立多慣組系統的約束關系；步驟四建立基于慣組信息約束的多慣組協同對準的量測方程；步驟五、建立離散型卡爾曼濾波器的遞推方程，進行Kalman濾波解算，得到子慣導導航參數修正信息；步驟六、將慣組A和慣組B的導航參數修正信息反饋到導航解算中，進行慣組A和慣組B導航參數的修正和對準。本發明的優點在于本發明的仿真結果表明，利用各慣組漂移誤差間的約束關系建立的協同對準方案可以有效地提高多慣組的對準精度，能同時提升多慣組器件誤差估計的精度和速度；在引入姿態角約束信息后，對準性能及器件誤差估計的改善更為顯著。


圖I是本發明的方法流程圖；圖2是協同對準方案I與無協同對準，對準誤差仿真結果的比較；圖3是協同對準方案I與協對準方案2，對準誤差仿真結果比較；
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。本發明是一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，針對由兩個慣組構成的系統，兩個慣組分別記為慣組A和慣組B，方法流程如圖I所示，包括以下幾個步驟步驟一、建立單慣組對準數學模型，慣組A和慣組B利用各自的慣性測量單元測得載體的加速度和角速度信息，并進行捷聯慣導導航的解算，得到慣組A和慣組B導航參數信肩、O建立單慣組對準數學模型，包括狀態方程和量測方程，具體如下I、根據對INS (慣性導航系統)誤差模型的分析，建立對準濾波器狀態方程
權利要求
1.一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，針對由兩個慣組構成的系統，兩個慣組分別記為慣組A和慣組B，其特征在于，包括以下幾個步驟 步驟一、建立單慣組對準數學模型，慣組A和慣組B利用各自的慣性測量單元測得載體的加速度和角速度信息，并進行捷聯慣導導航解算，得到慣組A和慣組B導航參數信息；建立單慣組對準數學模型，包括狀態方程和量測方程，具體如下 <1>建立對準濾波器狀態方程夕(0 =廠(/)A,(/)+r,'(/)f,K(/) 其中，x(t) e R15為狀態變量，F(t) e R15x15為系統誤差矩陣，根據誤差模型得到，W(t)為系統噪聲向量，G(t)為系統噪聲矩陣； 狀態變量為δθχ, SOy, Sh, Svx, , δνζ, ψχ，ψ、, ψζ, εχ, ε)，&, Vx, Vji, Vz 其中導航坐標系χ、y、ζ分別表示東向、北向、天向，ψχ，￥y, ψζ為慣導系統東向、北向、天向的平臺誤差角，SVx，5Vy, 3^為慣導系統東向、北向、天向的速度誤差，δ θ χ, δ Θ y, δ h為慣導系統向東、北向、天向的位置誤差，ε χ, ε y, εζ為陀螺儀東向、北向、天向的隨機漂移，為東向、北向、天向的加速度計偏置；初始對準的系統誤差矩陣為
2.根據權利要求I所述的一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，其特征在于，步驟六中所述的導航參數包括平臺誤差角、速度誤差、位置誤差、陀螺隨機漂移、加速度計偏置。
全文摘要
本發明公開了一種基于多慣組信息約束的協同初始對準方法，步驟一、建立單慣組對準數學模型，慣組A和慣組B利用各自的慣性測量單元測得載體的加速度和角速度信息，并進行捷聯慣導導航解算，得到慣組A和慣組B導航參數信息；步驟二、建立多慣組協同對準的狀態方程；步驟三、建立多慣組系統的約束關系；步驟四建立基于慣組信息約束的多慣組協同對準的量測方程；步驟五、建立離散型卡爾曼濾波器的遞推方程，進行Kalman濾波解算，得到子慣導導航參數修正信息；步驟六、將導航參數修正信息反饋到導航解算中，進行慣組A和慣組B導航參數的修正和對準。本發明提高多慣組的對準精度，能同時提升多慣組器件誤差估計的精度和速度。
文檔編號G01C21/16GK102901514SQ201210361180
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者蘆佳振, 鄔戰軍, 張春熹, 李保國, 黃慶芳 申請人:北京航空航天大學