组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法及装置，所述方法包括：获取所述组合导航系统中惯性测量单元(IMU)至GPS天线间的杆臂的实际尺寸；构建Kalman滤波器；若满足预设条件，则将所述惯性器件随机常量误差a分别补偿到组合导航系统的陀螺输出的角增量、加速度计输出的速度增量上，将所述杆臂误差估计值b补偿到组合导航系统的IMU距离GPS的杆臂尺寸上；否则，由Kalman滤波器对所述误差状态向量进行估计，基于估计的所述误差状态向量更新所述惯性器件随机常量误差a、以及所述杆臂的估计值b。本发明专利技术通过准确估计出惯性器件的随机常量误差，可以提高组合导航的精度。组合导航的精度。组合导航的精度。

【技术实现步骤摘要】
组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法及装置


[0001]本专利技术涉及惯性导航系统领域，具体涉及组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法及装置。

技术介绍

[0002]捷联惯导系统(SINS)是由陀螺、加速度计、导航计算机等组成的可实现自主导航的系统，通过其导航计算机的导航计算，能够提供姿态、速度和位置等信息，但其误差随时间积累，导致组合导航精度降低，SINS不能单独长时间工作，需要利用外部传感器的观测信息通过滤波算法来修正补偿SINS系统，以抑制其随时间积累的误差。采用组合导航技术，用两种或两种以上的导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并对其进行校正。
[0003]考虑到GPS的便捷性和实用性，SINS/GPS组合导航系统是一种利用GPS长期定位精度高及SINS短期定位精度高实现优势互补的组合导航系统。惯性器件误差是SINS/GPS组合导航系统的一个重要误差源，对于中高精度的惯性器件，其确定性误差可通过标定得出，在补偿确定性误差后，随机误差成为影响中高精度的惯性器件的主要误差源，而在随机误差中，随机常量误差为主要部分。惯性器件随机常量误差是指陀螺和加速度计的常量误差，包括陀螺的随机常量漂移和加速度计的随机常量零偏，惯性器件随机常量误差会影响导航系统的导航精度。在通常的反馈校正方案中，由于无法确定惯性器件随机常量误差是否得到准确估计，因此一般不对惯性器件随机常量误差进行反馈校正，但这种方法中由惯性器件误差引起的系统误差一直不能消除，导致导航系统的精度降低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法及装置，能够解决惯性器件随机常量误差对惯导系统导航精度影响的技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。
[0006]一种组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法，所述组合导航系统为结合了捷联惯导(SINS)及GPS的组合导航系统，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤S1：获取所述组合导航系统中惯性测量单元(IMU)至GPS天线间的杆臂的实际尺寸；
[0008]步骤S2：构建Kalman滤波器；设置惯性器件随机常量误差a的初始值、所述杆臂的估计值b的初始值；
[0009]步骤S3：若所述惯性器件随机常量误差a在第一预设阈值范围内，且所述杆臂的估计值b与所述杆臂的实际尺寸的差值的绝对值小于第二预设阈值，则进入步骤S6；否则，进入步骤S4；
[0010]步骤S4：分别获取SINS及GPS的当前的速度和位置，建立误差状态向量；
[0011]步骤S5：将所述误差状态向量输入所述Kalman滤波器，对所述误差状态向量进行
估计，基于估计的所述误差状态向量更新所述惯性器件随机常量误差a、以及所述杆臂的估计值b，进入步骤S3；
[0012]步骤S6：将所述惯性器件随机常量误差a分别补偿到组合导航系统的陀螺输出的角增量、加速度计输出的速度增量上，将所述杆臂误差估计值b补偿到组合导航系统的IMU距离GPS的杆臂尺寸上。
[0013]优选地，所述步骤S2，构建Kalman滤波器之前，基于粗对准得到捷联矩阵的初始值，通过Kalman滤波器估计系统误差和随机误差信息，得到失准角估计值，从而得到确定捷联矩阵，完成配置有所述组合导航系统的载体的初始对准。
[0014]优选地，所述步骤S4包括：对SINS及GPS进行同步数据采集，获取SINS当前的速度和位置，以及GPS当前的速度和位置，建立误差状态向量；所述误差状态向量X为：
[0015][0016]其中，分别代表惯性导航失准角误差中的东向失准角误差、北向失准角误差、天向失准角误差，δV
E
、δV
N
、δV
U
分别代表惯性导航速度误差中东向速度误差、北向速度误差和天向速度误差；δL、δλ、δh分别代表惯性导航位置误差中的纬度误差、经度误差和高度误差；ε
E
、ε
N
、ε
U
分别代表x轴陀螺、y轴陀螺和z轴陀螺的随机常量漂移；
▽
E
、
▽
N
、
▽
U
分别代表x轴加速度计、y轴加速度计和z轴加速度计的随机常量零偏；δlx、δly和δlz分别代表x轴、y轴、z轴的杆臂误差。
[0017]优选地，所述Kalman滤波器的系统状态方程为：
[0018][0019]其中，为组合导航系统状态向量估值，X为误差状态向量，W为组合导航系统噪声变量，F为组合导航系统状态转移矩阵，G为组合导航系统噪声转换矩阵；
[0020]所述Kalman滤波器的量测方程为：
[0021]Z＝HX+V；
[0022]其中，Z为组合导航系统测量序列估值，H为测量矩阵，V为测量噪声序列；
[0023]其中，量测方程和系统方程都是所述Kalman滤波器对所述误差状态向量进行估计时用到的。
[0024]优选地，将系统状态方程及量测方程离散化：
[0025]X
k
＝φ
k,k
‑1X
k
‑1+Γ
k
‑1W
k
‑1[0026]Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
[0027]式中，X
k
为k时刻的状态向量，也就是被估计矢量，X
k
‑1为k
‑
1时刻的状态向量，φ
k,k
‑1为k
‑
1时刻到k时刻的一步状态转移矩阵，Γ
k
‑1是组合导航系统噪声输入矩阵，W
k
‑1为k
‑
1时刻的组合导航系统噪声；Z
k
为k时刻的测量序列，H
k
为k时刻的测量矩阵，V
k
为k时刻的测量噪声序列。
[0028]本专利技术所提供的一种组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿装置，所述组合导航系统为结合了捷联惯导(SINS)及GPS的组合导航系统，所述装置包括：
[0029]数据获取模块：配置为获取所述组合导航系统中惯性测量单元(IMU)至GPS天线间的杆臂的实际尺寸；
[0030]初始模块：配置为构建Kalman滤波器；设置惯性器件随机常量误差a的初始值、所
述杆臂的估计值b的初始值；
[0031]判断模块：配置为若所述惯性器件随机常量误差a在第一预设阈值范围内，且所述杆臂的估计值b与所述杆臂的实际尺寸的差值的绝对值小于第二预设阈值，则触发补偿模块；否则，触发向量生成模块；
[0032]向量生成模块：配置为分别获取SINS及GPS的当前的速度和位置，建立误差状态向量；
[0033]估计模块：配置为将所述误差状态向量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合导航系统的惯性器件随机常量误差的补偿方法，所述组合导航系统为结合了捷联惯导(SINS)及GPS的组合导航系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：获取所述组合导航系统中惯性测量单元(IMU)至GPS天线间的杆臂的实际尺寸；步骤S2：构建Kalman滤波器；设置惯性器件随机常量误差a的初始值、所述杆臂的估计值b的初始值；步骤S3：若所述惯性器件随机常量误差a在第一预设阈值范围内，且所述杆臂的估计值b与所述杆臂的实际尺寸的差值的绝对值小于第二预设阈值，则进入步骤S6；否则，进入步骤S4；步骤S4：分别获取SINS及GPS的当前的速度和位置，建立误差状态向量；步骤S5：将所述误差状态向量输入所述Kalman滤波器，对所述误差状态向量进行估计，基于估计的所述误差状态向量更新所述惯性器件随机常量误差a、以及所述杆臂的估计值b，进入步骤S3；步骤S6：将所述惯性器件随机常量误差a分别补偿到组合导航系统的陀螺输出的角增量、加速度计输出的速度增量上，将所述杆臂误差估计值b补偿到组合导航系统的IMU距离GPS的杆臂尺寸上。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2，还包括基于捷联矩阵的初始值，通过Kalman滤波器估计组合导航系统误差和随机误差信息，得到失准角估计值，从而得到确定的捷联矩阵，完成配置有所述组合导航系统的载体的初始对准。3.如权利要求1
‑
2中任一所述方法，其特征在于，所述步骤S4包括：对SINS及GPS进行同步数据采集，获取SINS当前的速度和位置，以及GPS当前的速度和位置，建立误差状态向量；所述误差状态向量X为：其中，分别代表惯性导航失准角误差中的东向失准角误差、北向失准角误差、天向失准角误差，δV
E
、δV
N
、δV
U
分别代表惯性导航速度误差中东向速度误差、北向速度误差和天向速度误差；δL、δλ、δh分别代表惯性导航位置误差中的纬度误差、经度误差和高度误差；ε
E
、ε
N
、ε
U
分别代表x轴陀螺、y轴陀螺和z轴陀螺的随机常量漂移；分别代表x轴加速度计、y轴加速度计和z轴加速度计的随机常量零偏；δlx、δly和δlz分别代表x轴、y轴、z轴的杆臂误差。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Kalman滤波器的系统状态方程为：其中，为组合导航系统状态向量估值，X为误差状态向量，W为组合导航系统噪声变量，F为组合导航系统状态转移矩阵，G为组合导航系统噪声转换矩阵；所述Kalman滤波器的量测方程为：Z＝HX+V；其中，Z为组合导航系统测量序列估值，H为测量矩阵，V为测量噪声序列；其中，量测方程和系统方程都是所述Kalman滤波器对所述误差状...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳聪慧，可伟，韩袁昭，乔海岩，马西保，姜校亮，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：