专利名称：一种sins/gps/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法
技术领域：
本发明涉及一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法，可用于提高地球大气层内运载体(车辆、舰船和飞行器)的动基座初始对准精度，缩短初始对准时间。
背景技术：
在进入导航状态前，导航系统需要进行初始对准，通过初始对准得知初始导航参数，包括姿态、速度和位置。在动基座条件下，载体在运动过程中存在晃动、振动等多种形式的干扰。这些干扰因素会降低导航系统初始对准精度，延长对准时间。因此，动基座初始对准方法一直是组合导航技术领域的难点和热点问题。目前，动基座初始对准方法主要包括两大类:一类是基于主/子惯导系统的传递对准方法；另一类是惯导系统与GPS、磁罗盘、星敏感器等导航设备进行组合初始对准方法。传递对准方法中，由于导弹载体存在结构挠性变形、主惯导与子惯导之间存在数据传输延迟等因素影响，初始对准精度及时间往往不能得到保证。而惯导系统与GPS、磁罗盘和星敏感器等导航设备进行组合初始对准方法，同样存在问题:其中，GPS在载体作机动时误差较大，且与惯导系统信号同步性不好；磁罗盘依赖于地磁场模型精度，特别是在地磁场异常的情况下，将出现较大误差，因此用于动基座初始对准效果并不理想；星敏感器可高精度估计载体姿态误差，但并不适用于在地球大气层内白昼时间段内的动基座初始对准。基于上述原因，SINS结合新型导航装置，设计更合适的信息匹配方式是动基座初始对准技术的发展趋势之一。偏振光导航是一种仿生导航方式。太阳光线入射大气层时，大气中的粒子会使入射光线散射，造成太阳光线的偏振现象，沙蚁等生物可利用天空中的偏振光进行导航。根据仿生导航原理设计的偏振光传感器，可敏感到传感器观测方向的入射光最大偏振方向，输出偏振方位角。基于偏振方位角的偏振光导航具有自主性强、误差不随时间积累等优点，尤其适用于高精度的姿态确定。但偏振方位角对定位误差极不敏感，可达数十米。SINS的误差随时间积累，位置信息是发散的。因此偏振光传感器仅与SINS组合进行动基座初始对准会造成精度不高，甚至可能出现滤波结果发散的情况。综上，目前常用的动基座初始对准方法存在对准精度低、对准时间长等缺点，而偏振光传感器对位置误差极不敏感，仅与SINS组合进行动基座初始对准效果同样不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有方法的不足，提供一种精度高、用时短的SINS/GPS/偏振光组合导航系统动基座初始对准方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法，其特点在于包括下列步骤:
(I)建立捷联惯导系统误差状态方程；(2)根据偏振光传感器输出的偏振方位角、GPS输出的速度和位置，建立系统量测方程，观测量包括偏振方位角误差、速度误差和位置误差；(3)采用卡尔曼滤波器估计平台失准角、速度误差和位置误差，并对SINS进行反馈校正。由SINS向用户输出载体的姿态、速度和位置信息。上述步骤(2)中的系统量测方程为:Z = HX+V其中，
X = [φΕ Φν Φυ δνΕ SVn SVu SL δλ Sh εχ Ey εζ Vr Vy Vz了为系统状态
矢量，φΕ，φΝ, Φυ分别为东向失准角、北向失准角和天向失准角。ε χ、ε y、82分别为东向、北向、天向陀螺常值漂移。'、'、Vz分别为东向、北向、天向加速度计常值漂移。
V = ^ VyE VyN Oyu Uf,^为量测噪声向量。H为系统量测矩阵,表示为:
权利要求
1.一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法，其特征在于包括下列步骤: (1)建立捷联惯导系统误差状态方程； (2)根据偏振光传感器输出的偏振方位角、GPS输出的速度和位置，建立系统量测方程，观测量包括偏振方位角误差、速度误差和位置误差； (3)采用卡尔曼滤波器估计平台失准角、速度误差和位置误差，并对SINS进行反馈校正。由SINS向用户输出载体的姿态、速度和位置信息。
2.根据权利要求1所述的SINS/GPS/偏振光组合导航系统的动基座初始对准方法，其特征在于所述步骤(2)中的系统量测方程为:Z = HX+V 其中，
3.根据权利要求2所述的SINS/GPS/偏振光组合导航系统的动基座初始对准方法，其特征在于:系统量测方程中，建立以偏振方位角误差为观测量的量测方程，具体方法为: 首先，建立以偏振方位角误差δ a为观测量的非线性量测方程:
4.根据权利要求3所述的建立以偏振方位角误差为观测量的量测方程，其特征在于:由载体质心指向太阳方向的单位矢量在地球固连坐标系下的投影的计算方法为:
全文摘要
一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法，涉及一种车辆、舰船和航空飞行器用动基座初始对准方法。具体包括以下步骤(1)建立SINS误差方程，作为初始对准状态方程。(2)根据偏振光传感器输出的偏振方位角、GPS输出的速度和位置，建立基于偏振方位角误差、速度误差和位置误差的初始对准量测方程。(3)采用卡尔曼滤波估计姿态误差、速度误差和位置误差。(4)对SINS进行姿态、速度和位置的反馈校正。由SINS向用户输出载体的姿态、速度和位置信息。本发明具有精度高、计算量小、抗干扰能力强的优点，可用于提高车辆、舰船和航空飞行器动基座初始对准精度，并减少初始对准时间。
文档编号G01C25/00GK103217159SQ20131006951
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者郭雷, 周大鹏, 杜涛, 杨健, 张霄, 曹松银, 罗建军 申请人:郭雷