專利名稱：一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
初始對準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航高精度的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，初始對準(zhǔn)的精度直接影響著慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度，對準(zhǔn)時(shí)間也是反映武器系統(tǒng)快速反應(yīng)能力的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。傳統(tǒng)的初始對準(zhǔn)是基于線性初始對準(zhǔn)誤差方程，引入外界的測量信息，利用卡爾曼濾波算法對姿態(tài)誤差角進(jìn)行估計(jì)的。由于初始對準(zhǔn)是個(gè)實(shí)際的問題決定了在實(shí)際操作中的困難。如(1)實(shí)際初始對準(zhǔn)過程是個(gè)非線性過程，相應(yīng)的誤差方程也應(yīng)為非線性模型，其線性模型是在誤差角為小量的前提下對非線性模型進(jìn)行線性化得到的，當(dāng)姿態(tài)失準(zhǔn)角變大時(shí)，將導(dǎo)致線性模型不再適用，導(dǎo)致濾波估計(jì)精度下降。(2)在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)在不精確或錯(cuò)誤的噪聲統(tǒng)計(jì)情況下，卡爾曼濾波的穩(wěn)定性下降，收斂速度變慢，甚至導(dǎo)致濾波發(fā)散，這時(shí)針對非線性模型就需要設(shè)計(jì)跟蹤能力更強(qiáng)的濾波算法。(3)非線性濾波需要通過采樣點(diǎn)來傳遞非線性的函數(shù)關(guān)系，傳統(tǒng)的UT(無跡)變換需要2η+1 (η為狀態(tài)變量個(gè)數(shù))個(gè)采樣點(diǎn)，為了減少計(jì)算量，在保證濾波精度的條件下，利用超球體采樣策略，減少了采樣點(diǎn)，降低了采樣部分的計(jì)算量。UKF (無跡濾波)在SINS (捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng))靜基座大方位失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)中計(jì)算量大，在不精確或錯(cuò)誤的噪聲統(tǒng)計(jì)情況下，收斂速度變慢，估計(jì)精度下降，甚至濾波發(fā)散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于超球體采樣和STFUKF(強(qiáng)跟蹤無跡濾波)方法用于SINS靜基座初始對準(zhǔn)，該初始對準(zhǔn)方法采用超球體采樣與強(qiáng)跟蹤無跡濾波(STFUKF)方法相結(jié)合，利用SINS非線性誤差模型，通過濾波估計(jì)出狀態(tài)信息，從而獲得初始姿態(tài)矩陣。本發(fā)明的一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一，建立SINS靜基座初始對準(zhǔn)的非線性狀態(tài)方程；步驟二，建立基于超球體采樣的強(qiáng)跟蹤無跡濾波方法，得到狀態(tài)變量估計(jì)值；步驟三，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，采集軌跡發(fā)生器的慣性器件輸出信息，并完成對準(zhǔn)過程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)利用超球體的采樣策略，減少了采樣點(diǎn)的數(shù)量，降低了計(jì)算量，減少了采樣部分的時(shí)間；(2)將強(qiáng)跟蹤濾波與UKF相結(jié)合應(yīng)用到捷聯(lián)慣導(dǎo)靜基座初始對準(zhǔn)中，解決系統(tǒng)以及噪聲不確定性所帶來的濾波精度下降的問題；(3)所采用的非線性模型不受航向失準(zhǔn)角大小的限制，使用范圍更加廣泛；(4)將超球體采樣與強(qiáng)跟蹤無跡濾波(STFUKF)方法相結(jié)合，具有精度高、抗干擾性好、跟蹤能力強(qiáng)的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是在仿真時(shí)間為300s，三種方法的。，誤差角度曲線。圖3是在仿真時(shí)間為300s，三種方法的。，誤差角度曲線。圖4是在仿真時(shí)間為300s，三種方法的。2誤差角度曲線。圖5是在仿真時(shí)間為1000s，三種方法的。，誤差角度曲線。圖6是在仿真時(shí)間為1000s，三種方法的。，誤差角度曲線。圖7是在仿真時(shí)間為1000s，三種方法的。2誤差角度曲線。圖8是在仿真時(shí)間為1000s，加入改進(jìn)方法之后的。，誤差角度曲線。圖9是在仿真時(shí)間為1000s，加入改進(jìn)方法之后的。，誤差角度曲線。圖10是在仿真時(shí)間為1000s，加入改進(jìn)方法之后的。2誤差角度曲線。
具體實(shí)施例方式
步驟:
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)
步驟一，建立SINS靜基座初始對準(zhǔn)的非線性狀態(tài)方程；
本發(fā)明中，地心慣性坐標(biāo)系(i表示)為^qyiZi ；導(dǎo)航坐標(biāo)系選為地理系(t表示)， 地理系(t表示)為；計(jì)算地理系(c表示)為\w。假設(shè)計(jì)算地理系和實(shí)際地理系之間的姿態(tài)誤差角分別為水平兩個(gè)方向的水平誤差角φχ，Φγ和垂直方向上得方位誤差角ΦΖ，則地理系到計(jì)算地理系通過以下轉(zhuǎn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)t系繞著Zt軸轉(zhuǎn)動(dòng)Φζ，得到、系U1坐標(biāo)系)；、系繞·\軸轉(zhuǎn)動(dòng)Φχ，得到t2系(t2 坐標(biāo)系)；t2系繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)Φγ，得到C系(C坐標(biāo)系)。因?yàn)樗秸`差角φχ，φ,都在1°以內(nèi)，可以視其為小量，則SinOx ^ cDx，sinOy ^ Φ,,οο8Φχ = cosOy ^ l，t系和c系之間的關(guān)系用下面的矩陣表示
權(quán)利要求
1. 一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟 步驟一，建立SINS靜基座初始對準(zhǔn)的非線性狀態(tài)方程；地心慣性坐標(biāo)系i為XiyiZi ；導(dǎo)航坐標(biāo)系選為地理系，地理系t為；計(jì)算地理系c
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的步驟二 ；3)中μ按照下述的強(qiáng)跟蹤算法獲得觀測量Z的一步預(yù)測值i和觀測量Ζ，求得殘差γ為;/ = Z-i，由殘差γ計(jì)算殘差矩陣 V，V的初值V(I)為V⑴=Y(I) · Υ(1)τ，其中，Y(I)為第一步濾波時(shí)產(chǎn)生的殘差； 當(dāng)進(jìn)行第二步濾波以及進(jìn)一步濾波時(shí)，V的值通過以下遞推關(guān)系得到
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超球體采樣的初始對準(zhǔn)方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一，建立SINS靜基座初始對準(zhǔn)的非線性狀態(tài)方程；步驟二，建立基于超球體采樣的強(qiáng)跟蹤無跡濾波方法，得到狀態(tài)變量估計(jì)值；步驟三，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，采集軌跡發(fā)生器的慣性器件輸出信息，并完成對準(zhǔn)過程。本發(fā)明利用超球體的采樣策略，減少了采樣點(diǎn)的數(shù)量，降低了計(jì)算量，減少了采樣部分的時(shí)間；本發(fā)明將強(qiáng)跟蹤濾波與UKF相結(jié)合應(yīng)用到捷聯(lián)慣導(dǎo)靜基座初始對準(zhǔn)中，解決系統(tǒng)以及噪聲不確定性所帶來的濾波精度下降的問題。
文檔編號G01C21/16GK102359786SQ20111020177
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者王養(yǎng)柱, 胡永浩 申請人:北京航空航天大學(xué)