一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法。步骤一：完成子惯导系统的启动、预热准备，子惯导系统利用主惯导系统发送的导航参数完成一次装订；步骤二：子惯导系统进行惯导解算，同步采集主、子惯导系统在格网系下输出的速度和姿态信息，得到速度和姿态误差来构成量测量Z；步骤三：依据格网系下的导航力学编排，结合格网导航误差方程，采用“速度+姿态”的匹配方式，建立格网系下的系统状态方程和量测方程；步骤四：进行无迹卡尔曼滤波解算，估算出子惯导系统的姿态失准角、速度的状态估算值，完成传递对准。本发明专利技术解决了极区环境下大方位失准角的传递对准问题，提高了极区的传递对准精度和适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于舰船初始对准领域，尤其涉及一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法。
技术介绍
传递对准技术作为初始对准技术的一种，适用于舰载机或舰载武器惯导系统的动基座初始对准。在现有惯性导航力学编排方案中，指北方位惯导力学编排由于概念简单、物理意义明确，而得到广泛应用。然而，指北惯导数学编排在极区存在方位陀螺施矩困难、计算溢出和误差放大等问题。针对上述问题，常采用仅跟踪地球自转的游移方位惯导力学编排来解决。对于游移方位惯导力学编排方案，其有效解决方位陀螺施矩困难、计算溢出难题的关键在于引入了位置方向余弦矩阵。但是在极区，从位置方向余弦矩阵提取位置信息时存在奇异值，因此游移方位惯导力学编排方案在极区无法完成定向、定位任务。同时，现有的极区传递对准方法并没有考虑非线性的情况，在失准角较大时无法有效地完成传递对准。针对以上问题，参考以本初子午面与当地水平面相交线作为航向参考的格网导航坐标系，采用“速度+姿态”匹配方式，结合格网导航误差方程，综合考虑了方位失准角的非线性，建立了格网系下的传递对准非线性模型，由此解决了极区环境大失准角下无法有效完成传递对准的问题。周琪等人在《极区飞行格网惯性导航算法原理》(发表于期刊《西北工业大学学报》，2013年，第31卷，02期)一文中，提出了一种极区飞行格网惯性导航算法，可以有效解决极区导航无可用方向参考线问题，但是没有解决极区对准问题。吴枫等人在《机载武器传递对准算法》(发表于期刊《中国惯性技术学报》，2013年，第21卷，02期)一文中，提出了一种基于格网导航力学编排的极区传递对准算法，可以较快的完成机载武器的空中对准，但其模型是基于小角度假设的，在大方位失准角的情况下会产生较大的误差，导致对准精度降低。魏学通等人在《大方位失准角下舰载武器机载传递对准技术》(发表于期刊《中国惯性技术学报》，2012年，第20卷，05期)一文中，提出了一种基于地理系的非线性传递对准模型，但不适用于极区环境。综上所述，现有的传递对准方法并不能有效地实现极区舰船大方位失准角下的传递对准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够提高极区的传递对准精度和适用性的，基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法。一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法，包括以下步骤：步骤一：完成子惯导系统的启动、预热准备，子惯导系统利用主惯导系统发送的导航参数完成一次装订，所述的导航参数包括速度、姿态矩阵和位置信息；步骤二：子惯导系统进行惯导解算，同步采集主、子惯导系统在格网系下输出的速度和姿态信息，得到速度和姿态误差来构成量测量Z：Z＝[δVGφG]T其中：δVG是格网系下的速度误差值；φG是格网系下的姿态失准角；步骤三：在极区舰船存在大方位失准角的情况下，依据格网系下的导航力学编排，结合格网导航误差方程，采用“速度+姿态”的匹配方式，建立格网系下的系统状态方程和量测方程；状态变量为：系统状态方程为： δ V · G = ( C s ′ G - C s G ) f s - ( 2 ω i e G + ω e G G ) × δV G - ( 2 δω i e G + δω e G G ) × V G + C s ′ G 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：完成子惯导系统的启动、预热准备，子惯导系统利用主惯导系统发送的导航参数完成一次装订，所述的导航参数包括速度、姿态矩阵和位置信息；步骤二：子惯导系统进行惯导解算，同步采集主、子惯导系统在格网系下输出的速度和姿态信息，得到速度和姿态误差来构成量测量Z：Z＝[δVGφG]T其中：δVG是格网系下的速度误差值；φG是格网系下的姿态失准角；步骤三：在极区舰船存在大方位失准角的情况下，依据格网系下的导航力学编排，结合格网导航误差方程，采用“速度+姿态”的匹配方式，建立格网系下的系统状态方程和量测方程；状态变量为：系统状态方程为：δV·G=(Cs′G-CsG)fs-(2ωieG+ωeGG)×δVG-(2δωieG+δωeGG)×VG+Cs′G▿ss+Cs′G▿wsφ·G=(Cms′-Cms)ωGmm+ωf-CsGϵss-CsGϵws▿·ss=0ϵ·ss=0μ·=0]]>其中，是速度误差的导数，是姿态失准角的导数，是加速度常值漂移的导数，是陀螺常值漂移的导数，是安装失调角的导数，是子惯导的计算姿态矩阵，是子惯导载体坐标系s到格网坐标系G间的转换矩阵，是主惯导载体坐标系m到子惯导计算载体坐标系s′的转换矩阵，是主惯导载体坐标系m到子惯导载体坐标系s的转换矩阵，fs是加速度计量测量，是格网系下的地球自转速率，是格网系下的位置速率，δVG是格网系下的速度误差，是格网系下地球自转角速率的误差，是格网系下位置速率误差，VG是格网系下的速度，为加速度常值偏移，为加速度计随机偏移，为主惯导相对于格网系的角速率在载体坐标系s下的投影，为陀螺仪常值漂移，为陀螺仪随机漂移；量测方程为：Z·=HX+v]]>其中，Z是量测量，H是量测矩阵，v是量测噪声，其中H如下所示：H=I2×202×202×202×202×203×3I3×303×303×3-Cs′G;]]>步骤四：利用设计的格网坐标系下状态方程、量测方程和构造的量测量，进行无迹卡尔曼滤波解算，估算出子惯导系统的姿态失准角、速度的状态估算值，完成传递对准。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无迹卡尔曼滤波的极区环境下舰船大方位失准角传递对准方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：完成子惯导系统的启动、预热准备，子惯导系统利用主惯导系统发送的导航参
数完成一次装订，所述的导航参数包括速度、姿态矩阵和位置信息；
步骤二：子惯导系统进行惯导解算，同步采集主、子惯导系统在格网系下输出的速度和
姿态信息，得到速度和姿态误差来构成量测量Z：
Z＝[δVGφG]T其中：δVG是格网系下的速度误差值；φG是格网系下的姿态失准角；
步骤三：在极区舰船存在大方位失准角的情况下，依据格网系下的导航力学编排，结合
格网导航误差方程，采用“速度+姿态”的匹配方式，建立格网系下的系统状态方程和量测方程；
状态变量为：系统状态方程为：
δ V · G = ( C s ′ G - C s G ) f s - ( 2 ω i e G + ω e G G ) × δV G - ( 2 δω i e G + δω e G G ) × V G + C s ′ G ▿ s s + C s ′ G ▿ w s φ · G = ( C m s ′ - C m s ) ω G m m + ω f - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建华，王通达，范晓亮，陈岱岱，管冬雪，康瑛瑶，蒋国桉，董楠楠，于东伟，张为，
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