Mems捷聯慣導自適應sckf濾波的初始對準方法
【專利摘要】本發明公開了一種MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法，本發明采用GPS確定載體的初始位置信息，采集MEMS加速度計和磁強計輸出的數據，采用解析法完成粗對準，粗略地得到捷聯矩陣；然后建立基于MEMS的捷聯慣導系統初始對準的非線性模型，進行濾波的初始化；然后利用平方根CKF進行狀態估計，在每次迭代時利用狀態估計量與一次預測狀態量之差，對系統噪聲方差陣進行更新，增強濾波對系統噪聲統計特性不確定的自適應能力；然后得到精確地平臺失準角校正系統的姿態矩陣，從而完成初始對準；本發明可以在陀螺儀常值漂移較大時也能較好的完成初始對準，并且增強了濾波對系統噪聲統計特性不確定的自適應能力。
【專利說明】MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種MEMS捷聯慣導系統方法，尤其涉及一種MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法。
【背景技術】
[0002]微機械電子(MEMS)技術，在近幾年隨著器件結構、加工工藝、讀出電路和接口電路、集成及封裝等技術的快速進步，而逐漸完善成熟。基于MEMS技術的慣性測量單元(IMUs)集成了微機械加速度計和微機械陀螺，因而，MEMS具有體積小、集成化、成本低、功耗低、可靠性高等特點。MEMS的突出特點使其在眾多的民用和軍用領域具有廣闊的應用前
[0003]初始對準是捷聯慣導系統中的關鍵技術之一，其對準時間和精度直接影響慣導系統的工作性能。而初始對準通常分為粗對準和精對準兩個階段。由于MEMS陀螺儀的精度不高，地球自轉角速率會被陀螺噪聲所淹沒，不能正確敏感地球角速率。所以初始航向由集成的MEMS磁強計的測量值經過計算得到。但是在惡劣的工作環境下磁強計會受到干擾，在精對準開始時就存在兩 個較小的水平誤差角，和一個較大的航向誤差角。因此基于MEMS捷聯慣導系統的初始對準是大失準角初始對準，這導致傳統的卡爾曼濾波失去作用，因此在這種情況下應采用非線性濾波。
[0004]傳統的非線性濾波EKF在處理非線性較強的系統時，由于高階項截斷誤差，會導致濾波數值不穩定性且有可能發散。而最近提出的基于三階spherical-radialcubature準則的cubaturekalman filter則克服了 EKF缺點。CKF類似于UKF都避免了對非線性模型的線性化處理，不依賴于具體系統模型的非線性方程，算法相對獨立，適用于任何形式的非線性模型。而平方根CKF通過傳播狀態的方差平方根，確保了方差矩陣的對稱性和正定性，一定程度上緩解了濾波過程中舍入誤差導致的濾波發散和數值精度降低的問題，具有比CKF更好的濾波性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法。
[0006]本發明通過以下技術方案來實現上述目的，包括以下步驟:
[0007]( I)利用GPS確定載體的初始精度、緯度參數；
[0008](2)采集MEMS加速度計和磁強計輸出的數據；
[0009](3)采用解析法來進行系統的粗對準，粗略的得到載體坐標系到計算地理坐標系的姿態矩陣q_(o).
【權利要求】
1.一種MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)利用GPS確定載體的初始精度、緯度參數； (2)采集MEMS加速度計和磁強計輸出的數據； (3)采用解析法來進行系統的粗對準，粗略的得到載體坐標系到計算地理坐標系的姿態矩陣cKg);
2.根據權利要求1所述的MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法，其特征在于:所述步驟(3)采用解析法來進行系統的粗對準；該步驟首先利用MEMS加速度計的輸出信號確定載體的縱搖角和橫搖角，其原理是在靜基座的條件下，重力加速度在地理坐標系中的水平方向上沒有投影分量，加速度計只在Z軸方向上有測量值輸出，然后再利用磁強計的輸出信號確定載體的航向角。
3.根據權利要求1所述的MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法，其特征在于:所述步驟(4)建立基于MEMS的捷聯慣導系統初始對準非線性狀態空間模型，其中:
4.根據權利要求1所述的MEMS捷聯慣導自適應SCKF濾波的初始對準方法，其特征在于:所述步驟(7)釆用的自適應平方根CKF濾波算法，該算法中自適應部分對系統噪聲方差陣Qk的更新的推導過程是:
【文檔編號】G01C21/16GK103557864SQ201310528761
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】周廣濤, 孫艷濤, 趙博, 郝勤順, 姜鑫, 袁華潤, 張天宇, 李佳璇, 于春陽, 張雷 申請人:哈爾濱工程大學