一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103217699A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103217699103217699A(43)申请公布日2013.07.24(21)申请号201310069529.4(22)申请日2013.03.06(71)申请人郭雷地址100191北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学工程训练中心东213(72)发明人郭雷杜涛曹松银杨健周大鹏张霄罗建军(51)Int.Cl.G01S19/49(2010.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法(57)摘要本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法，其特征是借助GPS校准SINS系统输出的位置、速度，偏振传感器提供的偏振角信息对SINS系统输出的方位角校正。并采用递推鲁棒滤波器抑制惯性器件中建模误差、滤除部分器件噪声等干扰。该对准方法优点在于同等条件下，与无偏振角信息的SINS/GPS组合导航系统相比，缩短对准时间。本发明具备对准快、抗干扰能力强等优点。可用于飞机、轮船、车辆用组合导航的初始对准过程。CN103217699ACN1032769ACN103217699A权利要求书1/1页1.一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法，其特征包括以下步骤：(1)建立以姿态失准角、速度误差、位置误差为状态的状态方程；(2)基于偏振角信息建立以方位失准角为量测量的量测方程；(3)建立以速度、位置为量测量的量测方程；(4)对以上状态方程、传感器漂移方程和量测方程离散化；(5)基于状态方程与量测方程设计递推H∞滤波器。2.根据权利要求1所述的基于偏振信息的组合导航系统的递推优化初始对准方法，其特征在于：所述步骤(2)中以偏振信息建立的量测方程如下：Zpolar(k)＝Hpolar(k)X(k)+Vpolar(k)其中，Zpolar(k)为时刻偏振角的量测值，k为时间，X(k)为系统状态，Hpolar(k)为基于偏振角信息量测阵，Vpolar(k)为偏振量测噪声。3.根据权利要求1所述的基于偏振信息的组合导航系统的递推优化初始对准方法，其特征在于：所述步骤(5)中的基于状态方程与量测方程设计递推H∞滤波器如下：根据权利要求1所述的步骤(1)--(5)得到离散化的系统状态方程和量测方程为：X(k+1)＝F(k)X(k)+B(k)ω(k)Z(k)＝H(k)X(k)+D(k)ω(k)T其中X(k)＝[φEφNφUδVEδVNδVUδLδλδH]，φE、φN和φU为数学平台失准角；δVE、δVN和δVU分别为东向、北向和天向速度误差；δL、δλ和δH分别为纬度误差、经度误差和高度误差；ω(k)为范数有界噪声；F(k)∈R6×6，，为离散化后的系统转移矩阵，R为实数集，B(k)∈R6×1为已知的离散化后的系统噪声增益矩阵；TTTT7×63×1Z(k)＝[ZV(k)ZP(k)Zploar(k)]∈R为系统量测量；其中ZV∈R为速度观测量，即惯性导航系统给出的东、北、天三个方向速度与GPS接收机给出的相应速度的差值；3×1ZP∈R为位置观测量，即惯性导航系统给出的东、北、天三个方向速度与GPS接收机给出7×6的相应速度的差值；Zploar(k)为权利要求2中所述的基于偏振角信息的量测量；H(k)∈R为测量矩阵，D(k)∈R6×1为测量噪声增益矩阵；已知正常数γ＞0，记X(0)为系统状态初，为系统状态初始估计值为初始状态估计精度，可以根据陀螺和加速计的精度给出，E[·]为对·的期望运算；递推H∞滤波器算法编排为：TT-1Kk＝PkH(k)[I+H(k)PkH(k)]其中，Re，k为中间变量，I为单位矩阵，Pk为估计均方误差矩阵，Kk滤波器增益矩阵，为滤波器对系统状态X(k)的估计。2CN103217699A说明书1/3页一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航系统递推优化初始对准方法，可用于提高飞机、轮船或地面车辆用初始对准的精度。背景技术[0002]初始对准过程中，借助捷联惯性导航系统系统(SINS)可以连续不断的提供姿态、速度、位置等导航参数，其短时段内精度较高。但是，缺点是误差随时间不断积累。全球定位系统(GPS)可以提供速度、位置导航信息，并且误差不随时间积累。SINS/GPS组合导航系统克服了各自缺点，将二者优势互补。在实际初始对准过程中，基于SINS/GPS组合导航系统，由于姿态失准角信息是不可直接量测的，极大的限制了对准时间的缩短和精度提高。利用偏振光传感器可以直接量测到偏振角信息，通过坐标变换可以转换为姿态信息，偏振角信息误差不随时间积累，可