申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

申请日：2022-07-01

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN115291266B

主分类号：G01S19/47

分类号：G01S19/47

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.11.22#实质审查的生效;2022.11.04#公开

摘要：本申请涉及一种基于信息滤波算法的卫星惯性紧组合实时导航定位方法，所述方法包括：通过对系统误差状态矢量进行量纲变换，在系统误差状态方程和紧组合测量方程的基础上推导了新的时间更新方程和测量更新方程，将量纲变换后的系统误差状态矢量参与新的信息滤波模型计算，以此获取量纲变换前的当前时刻系统误差状态矢量，并将当前时刻系统误差状态矢量用于当前时刻导航结果的修正。采用本方法能够规避高维矩阵求逆的计算，在观测值数量较多的情况下，既发挥了紧组合导航的精度优势，又有效降低了测量更新过程中的计算量和计算误差，并提高了紧组合导航系统的实时性能，为实现粗差探测和完好性实时计算等功能提供了可能性。

主权项：1.一种基于信息滤波算法的卫星惯性紧组合实时导航定位方法，其特征在于，所述方法包括：对系统误差状态矢量左乘两个系数矩阵，得到量纲变换后的系统误差状态矢量；所述两个系数矩阵分别为第一误差状态系数矩阵和第二误差状态系数矩阵；根据量纲变换后的前一时刻系统误差状态矢量，建立量纲变换后的系统误差状态方程；根据量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量，建立量纲变换后的紧组合测量方程；根据所述量纲变换后的系统误差状态方程的时间更新，得到信息滤波的时间更新方程；所述时间更新方程包括时间更新后的信息误差状态矢量和时间更新后的信息矩阵；根据所述量纲变换后的紧组合测量方程和所述时间更新方程的测量更新，建立信息滤波的测量更新方程；所述测量更新方程包括测量更新后的信息误差状态矢量和测量更新后的信息矩阵；根据所述测量更新后的信息矩阵，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵；根据所述测量更新后的信息误差状态矢量和所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量；根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量、所述第一误差状态系数矩阵以及所述第二误差状态系数矩阵，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态矢量；根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵、所述第一误差状态系数矩阵以及所述第二误差状态系数矩阵，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态方差阵；所述对系统误差状态矢量左乘两个系数矩阵，得到量纲变换后的系统误差状态矢量，包括：对系统误差状态矢量δX左乘两个系数矩阵，得到量纲变换后的系统误差状态矢量δX′为： 所述系统误差状态矢量δX15×1是15维的系统误差状态矢量δX，表达式如下： 其中，δr3×1表示位置误差矢量，δv3×1表示速度误差矢量，δφ3×1表示姿态误差矢量，δbg,3×1表示陀螺零偏误差矢量，δba,3×1表示加速度计零偏误差矢量；C1,15×15表示15维的第一误差状态系数矩阵C1；C2,15×15表示15维的第二误差状态系数矩阵C2；所述根据量纲变换后的前一时刻系统误差状态矢量，建立量纲变换后的系统误差状态方程，步骤包括：使用量纲变换后的15维系统误差状态矢量δX′建立惯导系统误差状态方程，公式为： 其中，A、B和C由惯性导航力学编排方程推导得到，εg,3×1表示陀螺仪的随机误差矢量，εa,3×1表示加速度计的随机误差矢量；将连续时间系统转换为离散时间系统，根据量纲变换后的前一时刻系统误差状态矢量，得到离散化线性化之后的系统误差状态方程为：δX'kk-1＝Φ'kk-1δX'k-1k-1+Γ'kk-1Wk-1'其中，各变量的表达式如下：δX'kk-1＝C2,kC1,k·δXkk-1δX'k-1k-1＝C2,k-1C1,k-1·δXk-1k-1Wk-1'＝CεWk-1Φ'kk-1＝C2,kC1,k·Φkk-1·C2,k-1C1,k-1-1Γ'kk-1＝C2,kC1,k·Γkk-1·Cε-1δXk-1k-1表示前一时刻的系统误差状态矢量，Cε表示量纲变换系数矩阵，Wk-1表示系统噪声矢量，服从协方差阵为Qk-1的正态分布，具体参数由惯导器件性能决定，Φkk-1表示从前一时刻到当前时刻的误差状态转移矩阵，Γkk-1表示系统噪声转移矩阵，Φkk-1及Γkk-1的计算公式如下所示： Γkk-1＝G·Δt其中，时间间隔Δt＝tk-tk-1，斜体I表示单位矩阵，F表示系数矩阵，G表示噪声驱动矩阵；所述根据量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量，建立量纲变换后的紧组合测量方程，包括：根据量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量δX′kk，建立量纲变换后的紧组合测量方程，公式为：Zk＝Hk'δX′kk+ξk其中，Hk表示测量信息几何矩阵，ξk表示测量误差矢量，服从协方差阵为Rk的零均值多维正太分布，Rk的具体参数通过对卫导测量信息进行误差建模得到，Zk表示tk时刻的卫导测量信息矢量，Zk的计算公式如下所示： 其中δPtk表示伪距星间单差误差观测量，δΔtφtk表示载波相位星间历元间双差误差观测量，均由卫导原始观测数据与惯导预报的天线位置计算得到，都是n-1维的列向量，n表示可见卫星颗数；根据所述量纲变换后的紧组合测量方程和所述时间更新方程的测量更新，建立信息滤波的测量更新方程，包括：根据所述量纲变换后的紧组合测量方程和所述时间更新方程的计算结果，引入卫导测量信息对S′kk-1和Ι′kk-1进行测量更新，建立信息滤波的测量更新方程为： 其中，S′kk表示测量更新后的信息误差状态矢量，Ι′kk表示测量更新后的信息矩阵根据所述测量更新后的信息矩阵，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵；根据所述测量更新后的信息误差状态矢量和所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量，包括：根据所述测量更新后的信息矩阵Ι′kk，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵P′kk，公式表示为： 根据所述测量更新后的信息误差状态矢量S′kk和所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵P′kk，得到量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量δX′kk，公式表示为：δX′kk＝P′kk·S′kk；所述根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量、所述第一误差状态系数矩阵以及所述第二误差状态系数矩阵，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态矢量；根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵、所述第一误差状态系数矩阵以及所述第二误差状态系数矩阵，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态方差阵，包括：根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态矢量δX′kk、所述第一误差状态系数矩阵C1以及所述第二误差状态系数矩阵C2，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态矢量δXkk，公式表示为：δXkk＝C2·C1-1·δX′kk根据所述量纲变换后的当前时刻系统误差状态方差阵P′kk、所述第一误差状态系数矩阵C1以及所述第二误差状态系数矩阵C2，得到量纲变换前的当前时刻系统误差状态方差阵Pkk，公示表示为：Pkk＝C2·C1-1P′kkC2·C1-T。

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