申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2022-07-15

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN115265588B

主分类号：G01C25/00

分类号：G01C25/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.11.18#实质审查的生效;2022.11.01#公开

摘要：本发明公开了一种陆用捷联惯导基于逆向导航的零速修正在线平滑方法，步骤为：S1、对陆用捷联惯导实时输出的原始数据进行正向导航解算与零速修正；S2、将陆用捷联惯导的原始数据保存在存储器中，在停车阶段，对保存的陆用捷联惯导的原始数据进行逆向导航解算与零速修正；S3、采用固定区域最优平滑估计方法，对逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器状态量中的导航误差进行处理，估算得到当前时刻导航误差并进行导航误差补偿；该方法充分发挥逆向导航、零速修正和数据平滑三种方法的优点，提供一种实时性好、能充分抑制导航误差且能在线处理的陆用捷联惯导基于逆向导航的零速修正在线平滑方法。

主权项：1.一种陆用捷联惯导基于逆向导航的零速修正在线平滑方法，其特征在于，步骤如下：S1、对陆用捷联惯导实时输出的原始数据进行正向导航解算与零速修正；该步骤的具体实施过程为：S101、采用适合于计算机解算的离散化递推算法对陆用捷联惯导实时输出的原始数据进行正向导航解算；S102、构建用于陆用捷联惯导正向导航解算的零速修正卡尔曼滤波器，包括：①定义用于正向导航零速修正卡尔曼滤波器的状态量X15：式中，为陆用捷联惯导的姿态误差，δV为陆用捷联惯导的速度误差，δP为陆用捷联惯导的位置误差，ε为陆用捷联惯导中的陀螺零偏误差，为陆用捷联惯导中的加速度计零偏误差；②建立用于正向导航零速修正卡尔曼滤波器的状态方程：式中，F11、F12、F13、F21、F22、F13、F32、F33为非零矩阵元素，其具体表达式为： 其中，L为当地地理纬度，λ为当地地理经度，h为当地地理高度；VE、VN和VU分别为陆用捷联惯导的东向速度、北向速度和天向速度；RM和RN分别为当地地球子午圈半径和卯酉圈半径；ωie为地球自转角速率；和分别为陆用捷联惯导测量的东向比力、北向比力和天向比力；为陆用捷联惯导的姿态矩阵；G15为测量噪声输入矩阵，其表达式为：u为测量噪声，其表达式为：其中，ug为陀螺的测量噪声，ug＝[ugxugyugz]T，ugx为X向陀螺的测量噪声，ugy为Y向陀螺的测量噪声，ugz为Z向陀螺的测量噪声；ua为加速度计的测量噪声，ua＝[uaxuayuaz]T，uax为X向加速度计的测量噪声、uay为Y向加速度计的测量噪声，uaz为Z向加速度计的测量噪声；③建立用于正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的观测方程：Z15＝H15X15+v，式中，Z15＝[01×3VT01×9]T为正向导航零速修正的观测向量，V＝[VEVNVU]T为正向导航零速修正的速度向量；v为观测噪声；H15为观测矩阵，H15＝[03×3I303×9]，I3为三行三列的单位矩阵，即03×3为三行三列的零矩阵，03×9为三行九列的零矩阵；S103、利用步骤S102构建的用于正向导航零速修正的卡尔曼滤波器对正向导航结果的导航误差和惯性器件误差中的陀螺零偏误差和加速度计零偏误差进行实时预测，包括：状态1：在陆用运载体开车前的静止过程且陆用捷联惯导处于对准阶段，利用步骤S102设计的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器实时解算得到陆用捷联惯导对准阶段下的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；状态2：在陆用运载体行驶的过程中且陆用捷联惯导处于导航阶段，利用步骤S102设计的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器实时解算得到陆用运载体行驶中陆用捷联惯导导航阶段下的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；状态3：在陆用运载体开车后的暂停行驶的过程中且陆用捷联惯导处于导航阶段，利用步骤S102设计的卡正向导航零速修正的卡尔曼滤波器实时解算得到陆用运载体开车后暂停行驶中陆用捷联惯导导航阶段下的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；S104、将不同阶段下获得的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量用于正向导航的导航误差的补偿；补偿1：将经过步骤S103的状态1下得到的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量中的导航误差补偿至步骤S101实时输出的正向导航结果中，得到经过正向导航零速修正的导航结果；将经过步骤S103的状态1下得到的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量中的惯性器件误差中的陀螺零偏误差和加速度计零偏误差则以写入陆用捷联惯导上导航计算机板上内嵌的惯性导航解算方程中的方式进行补偿；补偿2：将经过步骤S103的状态3下得到的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量中的导航误差补偿至步骤S101实时输出的正向导航结果中，即得到经过正向导航零速修正的导航结果；将经过步骤S103的状态3下得到的正向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量中的惯性器件误差中的陀螺零偏误差和加速度计零偏误差则以写入陆用捷联惯导上导航计算机板上内嵌的惯性导航解算方程中的方式进行补偿；S2、将陆用捷联惯导的原始数据保存在存储器中，在停车阶段，对保存的陆用捷联惯导的原始数据进行逆向导航解算与零速修正；该步骤的具体实施过程为：S201、保存的陆用捷联惯导的原始数据，包括陀螺仪组件测量的角速率和由加速度计组件测量的比力；S202、以步骤S1得到的当前时刻正向导航经零速修正的导航结果作为逆向导航解算的初值，采用适合于计算机解算的离散化逆向递推算法，对当前时刻之前所有时刻的原始数据进行逆向导航解算；S203、构建用于陆用捷联惯导逆向导航解算的零速修正卡尔曼滤波器，包括：①定义用于逆向导航零速修正卡尔曼滤波器的状态量X′15：式中，δVr为逆向速度误差，δVr＝[δVErδVNrδVUr]T，δVEr、δVNr和δVUr分别为逆向东向速度误差、逆向北向速度误差和逆向天向速度误差；②建立用于逆向导航零速修正卡尔曼滤波器的状态方程：其中，F′15矩阵中： 其中，L为当地地理纬度，λ为当地地理经度，h为当地地理高度；VEr、VNr和VUr分别为陆用捷联惯导逆向导航的东向速度、北向速度和天向速度；RM和RN分别为当地地球子午圈半径和卯酉圈半径；ωie为地球自转角速率；和分别为陆用捷联惯导测量的东向比力、北向比力和天向比力；为陆用捷联惯导的姿态矩阵；G′15为逆向导航零速修正测量噪声输入矩阵，其表达式为：u为测量噪声，其表达式为：其中，ug为陀螺的测量噪声，ug＝[ugxugyugz]T，ugx为X向陀螺的测量噪声，ugy为Y向陀螺的测量噪声，ugz为Z向陀螺的测量噪声；ua为加速度计的测量噪声，ua＝[uaxuayuaz]T，uax为X向加速度计的测量噪声、uay为Y向加速度计的测量噪声，uaz为Z向加速度计的测量噪声；③建立用于逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器的观测方程：Z′15＝H′15X′15+v，式中，Z′15＝[01×3VrT01×9]T为逆向导航零速修正的观测向量，Vr＝[VErVNrVUr]T为逆向导航零速修正的速度向量；v为观测噪声；H′15为逆向导航零速修正的观测矩阵，H′15＝[03×3I303×9]，I3为三行三列的单位矩阵，即03×3为三行三列的零矩阵，03×9为三行九列的零矩阵；S203、利用构建的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器对逆向导航结果的导航误差和惯性器件误差中的陀螺零偏误差和加速度计零偏误差进行预测，包括：状态1：对于陆用运载体开车前的静止过程且陆用捷联惯导处于对准阶段，利用步骤S202设计的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器离线解算得到陆用捷联惯导对准阶段下的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；状态2：对于陆用运载体行驶的过程中且陆用捷联惯导处于导航阶段，利用步骤S202设计的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器离线解算得到陆用运载体行驶中陆用捷联惯导导航阶段下的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；状态3：对于陆用运载体开车后的暂停行驶的过程中且陆用捷联惯导处于导航阶段，利用步骤S202设计的用于逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器离线解算得到陆用运载体开车后暂停行驶中陆用捷联惯导导航阶段下的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器的状态量；S3、采用固定区域最优平滑估计方法，对由步骤S2得到的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器状态量中的导航误差进行处理，估算得到当前时刻导航误差并进行导航误差补偿；该步骤的具体实施过程为：S301、对当前时刻之前所有时刻的逆向导航零速修正的卡尔曼滤波器状态量的导航误差进行固定区域最优平滑估计，得到当前时刻下经过逆向导航零速修正的导航误差的推算值；S302、在由步骤S1得到的当前时刻下经过正向导航零速修正后的导航结果中扣除由步骤S301得到的当前时刻下经过逆向导航零速修正的导航误差的推算值，得到最终导航结果。

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百度查询： 北京航空航天大学 陆用捷联惯导基于逆向导航的零速修正在线平滑方法

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