专利名称：一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法
技术领域：
本发明涉及舰载主/子惯导快速传递对准方法，特别适用于舰船系泊或匀速直航条件下，陀螺误差的快速估计，为一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法。
背景技术：
舰载环境下，主惯导(舰载平台式惯性导航系统)的精度一般高于子惯导(如舰载导弹用捷联式惯性导航系统)的精度数个量级。子惯导利用主惯导的导航信息完成初始化、失准角估计、器件误差估计的过程称为传递对准。传递对准作为惯性技术领域的一种通用的、共性的技术，广泛应用于战车、战机、舰船、航天器等武器平台上所搭载子惯导系统的初始对准。基于武器系统快速反应的要求，传递对准的快速性一直是初始对准的目标。1989年，Kain和Cloutier首次提出“速度+姿态”匹配方式，并配合以载机的摇翼动作，即可在IOs内达到Imrad的对准精度。此外，Spalding、Shortelle和Graham等人也验证了上述方法的有效性。上述方法在强调了对准过程中失准角估计快速性时，弱化或忽略了对器件误差的估计。但是惯性器件存在以下问题1)在长时间存放后，会存在一定量级的漂移，器件精度越低，漂移越严重；2)存在逐次启动误差，器件精度越低，误差越大。对于中低精度的子惯导系统而言，在其初始对准时，若不对器件误差进行估计，必将导致器件误差在长时间导航解算过程中被积分放大，从而降 低系统导航精度。事实上，传递对准Kalman滤波器中各状态量的可观测性依赖于信息匹配方式以及载体机动方式。在摇摆运动时，采用“速度+姿态”匹配方式，仪表误差的估计需要数分钟之久，在IOs内无法估计。
发明内容
本发明要解决的问题是舰载环境下，现有传递对准方法忽略了对惯性器件的误差估计，降低了导航精度，并且现有技术对误差的估计不够快速，影响导航的实时性。本发明的技术方案为一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，在实时多任务操作系统的支持下对陀螺常值误差进行快速估计，主/子惯导传递对准过程中，子惯导进行导航解算，子惯导利用主惯导的导航数据进行信息融合，设h为陀螺常值误差估计的起始时刻，亦为初始对准的起始时刻，IcTt1为数据采集、数据存储、实时导航解算与信息融合以及姿态矩阵Cf 更新时间段，trt2为基于Ct1间存储信息的循环导航解算与信息融合以及姿态矩阵C 更新时间段，上述各时间的确定如下Tl)针对具体子惯导系统，在主/子惯导传递对准中，通过子惯导陀螺仪误差收敛曲线确定完成整个对准所需要的时间，再根据子惯导测量与导航解算更新周期At，确定完成整个对准所需要的导航解算总更新次数，设定为k_ ;根据主惯导导航信息更新周期AT，确定完成整个对准所需要的信息融合次数，AT即为信息融合周期；在确定的工作环境下，导航解算与信息融合两者时序关系确定，导航解算次数确定后，信息融合次数即可确定;T2)根据子惯导仪表数据质量，主惯导量测信息质量，设定时刻&及时间段Ct1,并根据At计算得到该时间段内导航解算更新次数，设定为kSUffll ；T3)从整个对准所需要的导航解算总更新次数k_中，扣除步骤T2)中IcTt1时间段内导航解算更新次数kSUffll，得到完成整个对准还需要完成的导航解算更新次数，设定为kSUm2 ksum2=ksum-ksuml,从而得到I^t2时间段的循环导航解算循环次数，设定为m,m=ksum2/ksuml，在m不为整数时，将m值向上圆整，并根据圆整后的m值调整k_2 ;时刻t2由循环导航解算循环次数m和导航计算机的性能共同确定，在m确定时，导航计算机主频越高，t2与h间差值越小；根据所述确定的时间，在传递对准中完成子惯导陀螺误差估计，包括如下步骤I)在t(l时刻，利用主惯导的位置、速度与姿态信息对子惯导的相应导航信息进行初始化，得到子惯导的位置、速度与姿态矩阵Cl (O，t为时间变量；瞬时凝固h时刻的载体坐标系为Iv得到ChU = L I为(3X3)单位矩阵；2)在时间段、 ^内，子惯导按周期At进行惯性仪表数据的采集、存储、导航解算，并利用式(6)更新子惯导载体坐标系b相对于1 系的姿态矩阵( )
权利要求
1.一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，其特征是在实时多任务操作系统的支持下对陀螺常值误差进行快速估计，主/子惯导传递对准过程中，子惯导进行导航解算，子惯导利用主惯导的导航数据进行信息融合，设h为陀螺常值误差估计的起始时刻，亦为初始对准的起始时刻，Ct1为数据采集、数据存储、实时导航解算与信息融合以及姿态矩阵c 更新时间段，trt2为基于Ct1间存储信息的循环导航解算与信息融合以及姿态矩阵亡更新时间段，上述各时间的确定如下 Tl)针对具体子惯导系统，在主/子惯导传递对准中，通过子惯导陀螺仪误差收敛曲线确定完成整个对准所需要的时间，再根据子惯导测量与导航解算更新周期At，确定完成整个对准所需要的导航解算总更新次数，设定为k_ ;根据主惯导导航信息更新周期ΛΤ，确定完成整个对准所需要的信息融合次数，AT即为信息融合周期；在确定的工作环境下，导航解算与信息融合两者时序关系确定，导航解算次数确定后，信息融合次数即可确定； T2)根据子惯导仪表数据质量，主惯导量测信息质量，设定时刻h及时间段IcTt1，并根据At计算得到该时间段内导航解算更新次数，设定为kSUffll ； T3)从整个对准所需要的导航解算总更新次数k_中，扣除步骤T2)中IcTt1时间段内导航解算更新次数kSUffll，得到完成整个对准还需要完成的导航解算更新次数，设定为k_2，ksum2=ksum-ksuml,从而得到I^t2时间段的循环导航解算循环次数，设定为m, m=ksum2/ksuml,在m不为整数时，将m值向上圆整，并根据圆整后的m值调整k_2;时刻t2由循环导航解算循环次数m和导航计算机的性能共同确定，在m确定时，导航计算机主频越高，t2与h间差值越小; 根据所述确定的时间，在传递对准中完成子惯导陀螺误差估计，包括如下步骤 1)在h时刻，利用主惯导的位置、速度与姿态信息对子惯导的相应导航信息进行初始化，得到子惯导的位置、速度与姿态矩阵CT(O，t为时间变量；瞬时凝固h时刻的载体坐标系为bQ，得到
2.根据权利要求1所述的一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，其特征是所述实时多任务操作系统为多任务实时操作系统VxWorks，完成以下四个任务，任务的调度由多任务实时操作系统VxWorks按照任务的优先级别自动执行，在子惯导中运行以下四个任务 1)任务一子惯导仪表数据采集、存储与导航解算与C 更新解算，优先级别最高； 2)任务二子惯导仪表数据采集、C》更新解算，优先级别第二 ； 3)任务三子惯导对主惯导进行数据采集、存储与信息融合，优先级别第三； 任务四子惯导基于存储数据的循环导航解算与信息融合，优先级别最低。
3.根据权利要求1或2所述的一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，其特征是传递对准过程中，子惯导的导航解算算法为
4.根据权利要求1或2所述的一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，其特征是传递对准过程中，主、子惯导信息融合为 采用Kalman滤波器作为信息融合滤波器，取子惯导东向/北向速度误差、失准角和陀螺误差作为系统状态向量，即Χ=[ δ Ve δνΝ ΦΕ ΦΝ Φυ ε χ ε y ε Jt 其中，δνΕ/δνΝ为东向/北向速度误差；φΕ、φΝ、分别为纵摇、横摇、航向失准角；ε χ> ε y、ε ζ分别为三轴陀螺误差； 取系统状态方程， X(t) = A(t)X{t) + ll(i)(4) 式中，A(t)为状态矩阵，ff(t)为系统噪声，根据系统状态变量中速度、失准角误差方程，以及陀螺从载体坐标系b向导航坐标系η的投影关系，状态矩阵A(t)表示为
全文摘要
一种舰载主/子惯导传递对准过程中的陀螺误差快速估计方法，针对舰船主/子组合中的传递对准，设计了一种适用于系泊/匀速直航条件下的陀螺误差快速估计方法，对子惯导陀螺常值误差进行快速估计，在实时多任务操作系统的支持下，子惯导系统对同一组数据进行循环导航解算与信息融合，充分利用计算机的高速性能，在传递对准过程中，快速完成对陀螺常值误差的估计。本发明不改变导航解算现有算法，不改变传递对准信息融合算法中的滤波器结构与信息匹配方式，充分利用现有导航计算机富余资源，加快传递对准过程中对陀螺误差的估计速度。
文档编号G01C25/00GK103047999SQ20121055227
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者刘锡祥, 徐晓苏, 张涛, 王立辉, 李瑶, 刘义亭 申请人:东南大学