統(tǒng)狀態(tài)方程確定，取慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的姿態(tài)誤差、速度誤差、位 置誤差的狀態(tài)差為聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)，16個(gè)誤差狀態(tài)為： X - [ ( Φ Ν1- Φ Ν2) ( Φ Ε1_ Φ E2) ( φ Dl_ Φ D2) ( δ νΝ1- δ VN2) ( ^ VE1_ δ VE2) (δ L1- δ L2) ( δ λ「δ λ 2) ε χ1 ε yl ε χ2 ε y2 ( ε ζ1-ε ζ2) Vxl Vyl Vx2 V y2]T (1) 即 X - [ Φ Ν12 Φ Ε12 Φ D12 ^ VN12 ^ VE12 ^ L12 δ λ 12 εχ1 Si ex2 S2 εζ12 Vxl Vyl Vx2 V y2] Τ 其中，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，ΦΝ12= (ΦΝ1-ΦΝ2)、ΦΕ12= (ΦΕ1-ΦΕ2)、ΦΜ2 = (φΜ- φΒ2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的姿態(tài)誤差向量的差值，δ νΝ12= ( δ Vm- δ VN2)、 "Ε12= ("Ε「"Ε2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的北向、東向速度誤差的差值，SL12=(δ L1-δ L2)、δ λ 12= ( δ λ ^ δ λ 2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的煒度、經(jīng)度誤差 的差值，ε χ1、ε χ2、ε yl、ε y2分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)水平坐標(biāo)軸的陀螺 常值漂移，ε ζ12= ( ε ζ1- ε z2)為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)天向坐標(biāo)軸的陀螺常 值漂移之差（繞方位軸單軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，水平加表零偏、陀螺常值漂移可分離，但天向的陀螺常 值漂移不可分離），▽ xl、▽ x2、▽ yl、▽ y2分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)水平 坐標(biāo)軸的加表常值零偏，根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)確定聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程； 步驟四：量測方程確定，扣除安裝位置誤差以及桿臂造成的速度誤差，在缺少外界參 考信息條件下，取Is更新一次的慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的速度和位置之差為相應(yīng)的量測量，量測量 為： z ⑴=[δ νΝ1-δ νΝ2 δ νΕ1-δ νΕ2 δ L1-δ L2 δ λ 廠 δ λ 2]τ (2) 其中，知Υ1-Λν2 =&-心為慣導(dǎo)系統(tǒng)Κ2的北向速度差值，=?-?:為慣導(dǎo)系 統(tǒng)1、2的東向速度差值，^-叫=Z1-Z2為慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的煒度差值，蚪-環(huán)=^1-I 2為慣導(dǎo) 系統(tǒng)1、2的經(jīng)度差值，根據(jù)量測狀態(tài)確定量測方程； 步驟五：卡爾曼濾波，根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程、量測方程構(gòu)建卡爾曼濾波器，Is進(jìn)行一 次量測更新，對兩套慣導(dǎo)系統(tǒng)各自的陀螺、加表零偏進(jìn)行估計(jì)； 步驟六：慣導(dǎo)性能在線評估，根據(jù)陀螺、加表零偏的估計(jì)值對慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的相對性能 進(jìn)行評估，零偏小的系統(tǒng)作為優(yōu)選系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法，其 特征在于： 在步驟二中所述的慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2分別繞方位軸進(jìn)行4位置8次序旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位 次序編排方法如下： 1) 慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2分別采用不同的轉(zhuǎn)位次序編排 慣導(dǎo)系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)位次序?yàn)?，?次序轉(zhuǎn) 位為：次序1，由A位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°到達(dá)C位置，停留Ts時(shí)間；次序2,由C位置順時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)B位置，停留Ts時(shí)間；次序3,由B位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)D位置，停 留Ts時(shí)間；次序4,由D位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)A位置，停留Ts時(shí)間；次序5,由A位置 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)C位置，停留Ts時(shí)間；次序6,由C位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)D位置， 停留Ts時(shí)間；次序7,由D位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)B位置，停留Ts時(shí)間；次序8,由B位 置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)A位置，停留Ts時(shí)間； 慣導(dǎo)系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)位次序?yàn)?，?次序轉(zhuǎn) 位為：次序1，由A位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°到達(dá)C位置，停留Ts時(shí)間；次序2,由C位置逆時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)D位置，停留Ts時(shí)間；次序3,由D位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)B位置，停 留Ts時(shí)間；次序4,由B位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)A位置，停留Ts時(shí)間；次序5,由A位置 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)C位置，停留Ts時(shí)間；次序6,由C位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)B位置， 停留Ts時(shí)間；次序7,由B位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°到達(dá)D位置，停留Ts時(shí)間；次序8,由D位 置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)A位置，停留Ts時(shí)間； 2) 慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2采用相同的轉(zhuǎn)位次序編排，但轉(zhuǎn)位時(shí)間相位錯(cuò)開 兩套慣導(dǎo)系統(tǒng)均采用的方案或者均采 用的方案，但是轉(zhuǎn)位時(shí)間相位不同（即方 位軸初始指向不同）； 在步驟三中所述的根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)確定聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程，其方法如下： 聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程為： x(〇 = F(〇x(/) + G(〇w(〇 (3) 其中， X (t)為系統(tǒng)狀態(tài)， X - [ Φ N12 Φ E12 Φ D12 ^ VN12 ^ VE12 ^ L12 δ λ 12 ￡ χ? ￡ yl ε χ2 ε y2 ε ζ12 ▽ xl ▽ yl ▽ χ2 ▽ y2];為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，式中各元素為，其中，vE為載體東向速度，vN為載體北向速度，ω 為地球自轉(zhuǎn)角速度，Rn為子午面曲率 半徑，Re為橫向曲率半徑，h為載體高度，fN、fE、fD分別為北向、東向、地向比力值，CW)、 C2(W)分別代表慣導(dǎo)1、2的IMU坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系間方向余弦矩陣的相應(yīng)元素（i表示 行，j表示列）； S w、。wv>2f 為系統(tǒng)噪聲，其中， 為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)水平坐標(biāo)軸的陀螺輸出隨機(jī)噪 聲，％為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)天向坐標(biāo)軸的陀螺輸出隨機(jī)噪聲之差， ^為慣導(dǎo)系統(tǒng)【與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的MU對應(yīng)水平坐標(biāo)軸的加表輸出隨機(jī)噪 聲；為系統(tǒng)噪聲矩陣，其中，B1= A 4, B2= A8; 在步驟四中根據(jù)量測狀態(tài)確定量測方程，其方法如下： 量測方程為： z (t) = Hx (t) + V (t) (4) 其中，V (t)為量測噪聲為量測矩陣，I2x2為二階單位矩陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法，其 特征在于：旋轉(zhuǎn)調(diào)制還包括繞方位軸和水平軸的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制，此時(shí)增加慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的 天向陀螺零偏εζ1、εζ2，以及慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的天向加表零偏Vzl、V z2，作為聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)， 聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)為 X - [ ( Φ Nl- Φ N2) ( Φ El- Φ E2) ( Φ Dl- Φ D2) ( 5 Vn「5 VN2) ( δ νΕ「δ VE2) ( δ L1- δ L2) (δ λ f δ λ 2) εχ1 εη εζ1 ε χ2 ε y2 ε ζ2 V χ1 V yl V ζ1 V χ2 V y2 V ζ2]τ (5) 根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)建相應(yīng)的狀態(tài)方程和量測方程，并對陀螺、加表零偏進(jìn)行估計(jì)，根 據(jù)陀螺、加表零偏估計(jì)值，對系統(tǒng)性能進(jìn)行在線評估。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能 評估方法，其特征在于：該方法可應(yīng)用于多套慣導(dǎo)間兩兩相對性能的評估。
【專利摘要】本發(fā)明針對慣導(dǎo)性能在線評估的問題，公開了一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法。本發(fā)明通過坐標(biāo)系定義、聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制策略編排、聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程確定、量測方程確定和卡爾曼濾波的步驟，實(shí)現(xiàn)了慣導(dǎo)性能的在線評估，提高了多套慣導(dǎo)系統(tǒng)間信息融合的效果。本發(fā)明可用于長航時(shí)高精度導(dǎo)航條件下慣導(dǎo)系統(tǒng)相對性能的評估及慣導(dǎo)系統(tǒng)故障的診斷，對于長航時(shí)條件下導(dǎo)航精度的保證具有積極意義。
【IPC分類】G01C25/00
【公開號】CN104897178
【申請?zhí)枴緾N201510390333
【發(fā)明人】吳文啟, 王林, 潘獻(xiàn)飛, 何曉峰, 胡小平
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年7月6日