一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法

摘要

本发明针对现有传递对准方法在保证潜航器惯导对准精度的条件下，不能实现移动基准与潜航器快速分离和一次性多潜航器布放的问题，公开了一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法。本发明包括以下四步：1、初始信息装订，信息装订完毕后潜航器与移动基准即分离；2、潜航器姿态更新方程、速度更新方程、位置更新方程确定；3、卡尔曼滤波状态方程与观测方程确定；4、卡尔曼滤波并对潜航器姿态、速度误差修正，完成传递对准。本发明实现了移动基准与潜航器的快速分离，同时能够保证潜航器惯导对准精度，且能实现一次性多潜航器布放。

主权项

一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：移动基准惯导(MINS)对每一个潜航器惯导(SINS)装订初始位置(包括初始经度λ₀、初始纬度L₀)、初始速度初始姿态信息(包括准确的方位角存在误差的俯仰角与横滚角)，装订完成后，潜航器与移动基准分离；其中，t₀表示对准初始时刻，表示潜航器相对于地球的速度在地理坐标系n系下的投影，地理坐标系n系定义为北向‑东向‑地向(N‑E‑D)，地球坐标系e系的原点位于地心，e_z轴沿地球自转轴方向，e_x轴在赤道平面内指向格林威治子午线，e_y轴与另外两轴构成右手正交坐标系；表示惯性坐标系系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵，系由对准初始时刻载体坐标系b系与惯性空间固联得到(相对惯性空间固定不动)，系由对准初始时刻n系与惯性空间固联得到(相对惯性空间固定不动)，载体坐标系b系轴向沿载体横滚轴‑俯仰轴‑偏航轴(前‑右‑下)；步骤二：潜航器惯导(SINS)建立姿态更新方程、速度更新方程、位置更新方程分别如下：姿态更新方程：$C_b^n=C_{n_0}^n{C}_{i_{n_0}}^{n_0}{C}_{i_{b_0}}^{i_{n_0}}{C}_b^{i_{b_0}}---\left(1\right)$其中，n₀系定义为对准初始时刻的地理坐标系，相对地球表面固定不动，不随导航系统在地球表面运动而运动；为对准初始时刻导航系n₀系到当前时刻导航系n系的方向余弦矩阵；为惯性坐标系系到对准初始时刻导航系n₀系的方向余弦矩阵；为惯性坐标系系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵；为载体坐标系b系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵；速度更新方程：$v_e^n\left(t_k\right)=v_e^n\left(t_{k-1}\right)+{\mathrm{\Delta v}}_a+{\mathrm{\Delta v}}_b+{\mathrm{\Delta v}}_c---\left(2\right)$其中，${\mathrm{\Delta v}}_a=C_{n_0}^n\left(t_{k-1}\right)C_{i_{n_0}}^{n_0}\left(t_{k-1}\right)C_{i_{b_0}}^{i_{n_0}}\left(t_{k-1}\right){\int }_{t_{k-1}}^{t_k}{C}_b^{i_{b_0}}{f}^{b}dt$${\mathrm{\Delta v}}_b=\Delta t\left(\right(2{\omega }_{ie}^n+{\omega }_{en}^n)\times v_e^n(t_{k-1}\left)\right)$${\mathrm{\Delta v}}_c={\mathrm{\Delta tg}}_l^n$t_k‑1、t_k分别表示第k‑1、k个潜航器速度更新时刻，为对应的速度，f^b为加表比力输出，为t_k‑1时刻相应的方向余弦矩阵，Δt＝t_k‑t_k‑1为惯导更新时间间隔，为地理系下的地球自转角速度，为地理系下的转移角速度，为地理系下的重力；位置更新方程：$\begin{array}{c}{L}_k=L_{k-1}+\Delta t·v_n/(R_N+h)\\ {\lambda }_k={\lambda }_{k-1}+\Delta t·v_e/\left[(R_N+h){\mathrm{cosL}}_{k-1}\right]\end{array}---\left(3\right)$潜航器经纬度通过航迹推算进行更新，其中，L_k‑1、L_k分别表示k‑1、k时刻潜航器的纬度，λ_k‑1、λ_k分别表示k‑1、k时刻潜航器的经度，v_n、v_e表示潜航器的北向、东向速度，R_N表示子午面曲率半径，h表示高度；步骤三：构建卡尔曼滤波状态方程与观测方程如下：选取横滚角误差δθ₀、俯仰角误差δγ₀、北向速度误差δv_n、东向速度误差δv_e为系统状态，即x＝[δθ₀ δγ₀ δv_n δv_e]^T   (4)构建系统状态方程如下，$\stackrel{·}{x}=Fx+Gw---\left(5\right)$其中，上标T表示矩阵或向量的转置，x表示系统状态，表示状态微分，F表示状态转移矩阵，G表示系统噪声矩阵；$w={\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\delta \omega }}_{i_b}^b& {\mathrm{\delta f}}^b\end{array}\right]}^T,$为陀螺输出噪声，δf^b为加表输出噪声；取1s更新一次的多普勒速度为观测量，构建观测方程如下，z＝Hx+v   (6)其中，多普勒坐标系d系轴向沿多普勒测速仪的横滚轴‑俯仰轴‑偏航轴(前‑右‑下)；z为观测向量，H为观测矩阵，v为测量噪声；步骤四：根据卡尔曼滤波状态方程和观测方程进行滤波，对横滚角误差、俯仰角误差、北向速度误差、东向速度误差进行估计，对潜航器的姿态、速度进行修正，完成传递对准。