【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复杂扰动环境下的地磁标定领域，涉及一种基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法及系统。
技术介绍
1、地磁传感器由于其体积小、成本低、功耗少、接口数字化、抗高过载、便携性好等优点被广泛应用于兵器、工业、车载、航天、航空、航海等导航系统中。复杂环境下干扰磁场通常存在固定磁场、感应磁场、涡流磁场及随机磁场等四种磁场。这些扰动磁场严重降低地磁传感器信号的有效性，导致姿态测量、导航定位含有较大误差，地磁传感器标定技术已经成为制约地磁导航技术发展的关键因素之一，因此，复杂环境下地磁传感器标定已经成为亟需解决的难题。
2、目前，地磁传感器标定方法主要分为三类，一类为自标定，仅仅利用地磁传感器自身采集的数据进行分析，得到各项误差系数；第二类为利用陀螺仪/加速度计等其他传感器辅助标定；第三类为利用无磁转台进行基准比较。通常第一类和第三类都无法实现地磁传感器在线标定，需要在地磁传感器正式工作之前进行离线标定，这在实际应用中不仅时间成本高，而且随着环境的改变，其标定参数的适用性会下降，直接影响导航精度。因此，亟需寻求高精度的地磁传感器在线标定方法。
3、目前，地磁传感器在线标定方法主要是采用惯性辅助地磁传感器实现在线标定，已经成为当前地磁传感器标定领域的热点难题。yuanxin wu等人构建磁力计相对于惯性传感器失准角模型，设计扩展卡尔曼滤波，有效估计了磁力计固有和交叉耦合系数以及陀螺仪偏置，所提方法不受加速度干扰，并可能适用于任何动态条件。尽管这些方法均取得了较好的效果，但对于复杂环境下，如制导炮弹，在飞行过
4、针对惯性辅助地磁在线标定非线性滤波模型，通常采用ekf解决滤波非线性问题，但无法解决其不确定扰动等问题。目前，在鲁棒kalman滤波方面已有大量研究，但将极少应用到惯性辅助地磁在线标定领域，为此本专利技术设计新型鲁棒滤波方法以适应复杂环境下惯性辅助地磁在线标定。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法及系统，以适应复杂环境下惯性辅助地磁在线标定，提高状态估计精度，实现高精度地磁在线标定。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：
3、一种基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，包括步骤：
4、根据陀螺仪解算的姿态变化矩阵和地磁传感器输出的关系，构建复杂环境下状态方程；
5、根据地磁传感器误差标定模型，构建非线性观测方程；
6、基于状态方程和非线性观测方程确定在线标定滤波模型；
7、通过ekf滤波更新过程，再通过循环滤波量测更新过程，进行在线标定滤波模型状态估计。
8、进一步地，所述状态方程为：
9、xk＝fk,k-1xk-1
10、其中，状态变量状态转移矩阵hb(k)为k时刻地磁场矢量在载体坐标系下的投影，kparameter,k为软磁干扰矩阵，ok为硬磁干扰矩阵,为姿态转换矩阵，为单位矩阵。
11、进一步地，所述hb(k)、kparameter,k、ok具体为：
12、
13、进一步地，所述地磁传感器误差标定模型为：
14、hs＝khb+o+nm
15、其中，软磁干扰矩阵k＝cncsf(i3×3+csi),硬磁干扰矩阵o＝khhi+ho，cn为非正交误差矩阵，csf为刻度因子误差矩阵，csi为软磁系数矩阵，hhi为硬磁误差矢量，ho为传感器零偏误差矢量，hs为地磁传感器的测量输出矢量，hb为地磁场矢量在载体坐标系下的投影，nm为随机噪声。
16、进一步地，所述软磁干扰矩阵k、硬磁干扰矩阵o具体为：
17、
18、式中，κ11,κ22,κ33为刻度因子；κ11,κ22,κ33为交叉耦合系数；o1,o2,o3为零偏。
19、进一步地，所述观测方程为：
20、
21、其中，xk,k-1为根据状态方程所得的一步预测结果，xk,k-1(i),i＝1,2...,12表示一步预测结果中第i个元素，参数矩阵
22、进一步地，所述线标定滤波模型为：
23、
24、式中，zk＝hs(k)。
25、进一步地，所述通过ekf滤波更新过程具体包括包括时间更新和量测更新，所述时间更新为：
26、
27、
28、所述量测更新为：
29、
30、
31、pk,k＝(i12×12-gkhk)pk,k-1
32、式中，为一步预测结果，代入观测方程更新观测矩阵，pk,k-1为一步预测误差协方差矩阵，和pk,k分别表示状态估计和相应的状态估计误差协方差矩阵，gk表示kalman滤波增益，qk-1为系统噪声协方差矩阵，其更新形式为：
33、
34、式中，α为可控参数，σg是陀螺仪零偏，δt为采样时间。
35、进一步地，通过循环滤波量测更新过程具体包括：
36、将状态估计误差协方差矩阵作为循环滤波过程的一步预测估计误差协方差矩阵，对于循环滤波第1步，令pk,k,1＝pk,k，对于循环滤波第n步，循环滤波阶段不需要进行时间更新，只需量测更新，即：
37、
38、
39、pk,k,n+1＝(i12×12-gk,nhk,n)pk,k,n
40、式中，为地磁传感器输出噪声方差。
41、一种基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定系统，包括复杂环境下状态方程构建单元、非线性观测方程构建单元、线标定滤波模型构建单元、循环滤波状态估计单元；其中：
42、所述复杂环境下状态方程构建单元用于根据陀螺仪解算的姿态变化矩阵和地磁传感器输出的关系，构建复杂环境下状态方程；
43、所述非线性观测方程构建单元用于根据地磁传感器误差标定模型，构建非线性观测方程；
44、所述线标定滤波模型构建单元用于基于状态方程和非线性观测方程确定在线标定滤波模型；
45、所述循环滤波状态估计单元通过ekf滤波更新过程，再通过循环滤波量测更新过程，进行在线标定滤波模型状态估计。
46、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术根据陀螺仪解算的姿态变化矩阵和地磁传感器输出的关系，构建复杂环境下状态方程；根据地磁传感器误差标定模型，构建非线性观测方程，通过循环滤波量测更新过程，提高状态估计精度，从而实现高精度地磁在线标定。
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1.一种基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述状态方程为：
3.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述Hb(k)、Kparameter,k、Ok具体为：
4.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述地磁传感器误差标定模型为：
5.根据权利要求4所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述软磁干扰矩阵K、硬磁干扰矩阵O具体为：
6.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述观测方程为：
7.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述线标定滤波模型为：
8.根据权利要求1所述的基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述通过EKF滤波更新过程具体包括包括时间更新和量测更新，所述时间更新为：
9.根据权
10.一种基于循环EKF的惯性辅助地磁在线标定系统，其特征在于，包括复杂环境下状态方程构建单元、非线性观测方程构建单元、线标定滤波模型构建单元、循环滤波状态估计单元；其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述状态方程为：
3.根据权利要求1所述的基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述hb(k)、kparameter,k、ok具体为：
4.根据权利要求1所述的基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述地磁传感器误差标定模型为：
5.根据权利要求4所述的基于循环ekf的惯性辅助地磁在线标定方法，其特征在于，所述软磁干扰矩阵k、硬磁干扰矩阵o具体为：
6.根据权利要求1所述的基于循环ekf的惯性辅...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪进文，薄煜明，朱建良，付梦印，吴盘龙，吴祥，何山，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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