一种基于地磁模量梯度和粒子滤波的惯导误差校正方法技术

本发明专利技术属于水下地磁辅助导航定位领域，具体涉及到一种基于地磁模量梯度和粒子滤波的惯导误差校正方法。本发明专利技术包括:惯导系统根据潜艇上加速度计信息解算载体所在的位置；根据地磁模量梯度/惯性组合导航系统的状态方程预测载体的位置误差；潜艇水下航行时由其上地磁模量梯度测量装置实时获取潜艇在真实位置处的地磁模量梯度测量值；得到预测模量梯度值和观测模量梯度值之间的差值；基于质点动力学拟态物理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估计：对惯导系统进行误差补偿。本发明专利技术根据估计结果校正载体航迹，同时对惯导陀螺漂移进行估计和补偿。为水下载体实现精确自主导航提供一种理想途径。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于水下地磁辅助导航定位领域，具体涉及到。本专利技术包括：惯导系统根据潜艇上加速度计信息解算载体所在的位置；根据地磁模量梯度/惯性组合导航系统的状态方程预测载体的位置误差；潜艇水下航行时由其上地磁模量梯度测量装置实时获取潜艇在真实位置处的地磁模量梯度测量值；得到预测模量梯度值和观测模量梯度值之间的差值；基于质点动力学拟态物理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估计：对惯导系统进行误差补偿。本专利技术根据估计结果校正载体航迹，同时对惯导陀螺漂移进行估计和补偿。为水下载体实现精确自主导航提供一种理想途径。【专利说明】
本专利技术属于水下地磁辅助导航定位领域，具体涉及到一种基于地磁模量梯度和粒 子滤波的惯导误差校正方法。
技术介绍
为保证水下载体正常作业，载体必须具备长时间水下高精度导航定位能力，这对 水下导航技术提出了很高的要求。作为水下导航系统的核心设备，惯性导航系统定位误差 是随时间累积的，必须进行重调和校正。地磁场是地球固有物理场，水下地磁导航定位具有 无源、无辐射、全天时、全地域等特点，是实现水下潜航器实时、连续、精确的水下自主导航 的理想途径之一，水下地磁导航理论与技术的研究具有重要意义和实际价值。 近年来，国内外研究机构和学者们开展了对惯导系统误差校正方法的广泛研究。 目前比较成功的水下惯导误差校正方法主要分为两大类型，即航迹几何匹配算法和卡尔曼 滤波估计方法。航迹几何匹配算法诸如相关匹配，ICCP等都要求小的初始位置误差，不能 适应大初始误差的要求。卡尔曼滤波估计惯导误差方法需要精确量测方程，且量测方程在 非线性较强情况下，在量测点进行线性近似时会导致较大误差。其他滤波方法存在也都需 要量测方程。 本专利技术提出，利用地磁异 常数据构建水下地磁模量梯度基准图并存储于组合导航计算机中，潜艇水下航行时由其上 地磁模量梯度测量装置实时获取所经海域的地磁模量梯度实测值，利用事先存储于计算机 中的地磁模量梯度基准图获得预测值，地磁模量梯度实测值与预测值与之间的差作为观测 信息，通过粒子滤波技术对观测信息进行惯导误差估计，根据估计结果对惯导系统进行误 差补偿。本专利技术不需要量测方程，解决实用的地磁梯度模型及量测方程无法建立，匹配滤波 算法在大初始位置误差的可用性等诸多问题，实现对惯导系统误差的高精度补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。 本专利技术的目的是这样实现的： 步骤1、惯导系统根据潜艇上加速度计信息解算载体所在的位置#代表解算 得到的载体纬度，i代表解算得到的载体经度； 步骤2、根据地磁模量梯度/惯性组合导航系统的状态方程预测载体的位置误差 (#,况），由载体位置误差对惯导位置进行修正，得到真实位置的预测值 【权利要求】1. ，其特征在于： 步骤1、惯导系统根据潜艇上加速度计信息解算载体所在的位置0代表解算得到 的载体纬度，I代表解算得到的载体经度； 步骤2、根据地磁模量梯度/惯性组合导航系统的状态方程预测载体的位置误差 (+知,说）》由载体位置误差对惯导位置进行修正，得到真实位置的预测值在地磁模量梯度基准图中查找到预测的真实位置处对应的地磁模量梯度*解算值与位置处真实地磁模量梯度关系为：em为地磁模量梯度基准图误差； 步骤3、潜艇水下航行时由其上地磁模量梯度测量装置实时获取潜艇在真实位置处的地磁模量梯度测量值真实地磁模量梯度与 地磁模量梯度测量值关系为：其中es是地磁模量梯度测量装置量测噪声； 步骤4、由步骤2、3得到预测模量梯度值和观测模量梯度值之间的差值，即步骤5、基于质点动力学拟态物理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估 计：利用步骤4中得到的地磁模量梯度预测值和地磁模量梯度观测值之间的差值，更新粒子权值，得到系统状态的估计；基于质点动力学拟态物 理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估计： 5. 1初始化； 5. 2预测；从中采样新粒子集，计算粒子权值； 5. 3优化粒子分布；采用质点动力学拟态物理优化过程优化粒子分布，获得新的粒子 集， 5. 4迭代优化结束； 计算新粒子权值，并归一化； 5. 5重采样；如果有效粒子数小于设定阈值，进行重采样，返回5. 6状态估计，滤波器通过更新和递推，不断估计惯导位置误差，校正系统位置输出，使位置误差逐渐 趋于零；同时估计陀螺漂移，滤波获得当前时刻漂移； 步骤6、根据步骤5的估计结果对惯导系统进行误差补偿。2.根据权利要求1所述的，其 特征在于：所述的地磁模量梯度基准图是这样构建的：将已有的航空、海面等实测地磁异 常数据通过一步波数域迭代法延拓到水下基准面，利用余弦变换求经延拓得到的地磁异常 的频域表达式，对地磁异常的频域表达式进行余弦逆变换得到地磁模量梯度的空间域表达 式，由地磁模量梯度的空间域表达式得到水下地磁模量梯度基准图，将得到的地磁模量梯 度基准图存储于组合导航计算机中。【文档编号】G01C25/00GK104215259SQ201410416153【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日 【专利技术者】黄玉, 武立华 申请人:哈尔滨工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地磁模量梯度和粒子滤波的惯导误差校正方法,其特征在于：步骤1、惯导系统根据潜艇上加速度计信息解算载体所在的位置代表解算得到的载体纬度，代表解算得到的载体经度；步骤2、根据地磁模量梯度/惯性组合导航系统的状态方程预测载体的位置误差由载体位置误差对惯导位置进行修正，得到真实位置的预测值在地磁模量梯度基准图中查找到预测的真实位置处对应的地磁模量梯度解算值与位置处真实地磁模量梯度关系为：em为地磁模量梯度基准图误差；步骤3、潜艇水下航行时由其上地磁模量梯度测量装置实时获取潜艇在真实位置处的地磁模量梯度测量值真实地磁模量梯度与地磁模量梯度测量值关系为：其中es是地磁模量梯度测量装置量测噪声；步骤4、由步骤2、3得到预测模量梯度值和观测模量梯度值之间的差值,即步骤5、基于质点动力学拟态物理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估计：利用步骤4中得到的地磁模量梯度预测值和地磁模量梯度观测值之间的差值，更新粒子权值，得到系统状态的估计；基于质点动力学拟态物理优化的粒子滤波估计算法对系统状态进行估计：5.1初始化；5.2预测；从中采样新粒子集，计算粒子权值；5.3优化粒子分布；采用质点动力学拟态物理优化过程优化粒子分布，获得新的粒子集，5.4迭代优化结束；计算新粒子权值，并归一化；5.5重采样；如果有效粒子数小于设定阈值，进行重采样，返回5.6状态估计，x^ki=Σi=1Nω~kix~ki;]]>滤波器通过更新和递推，不断估计惯导位置误差，校正系统位置输出，使位置误差逐渐趋于零；同时估计陀螺漂移，滤波获得当前时刻漂移；步骤6、根据步骤5的估计结果对惯导系统进行误差补偿。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉，武立华，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23