CN106403937B - 提高动基座对准精度的导航信息滤波方法 - Google Patents

提高动基座对准精度的导航信息滤波方法 Download PDF

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Abstract

本发明的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法包括：信息接口组合接收综合导航设备发送的导航数据；对所述导航数据进行剔点、限位、滤波的处理后，输出角度、角速度、舰速。本发明的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，解决在舰载平台伴有纵横摇的情况下，如何通过对高频导航数据的处理得到平滑、连续可供飞行器使用的传递对准信息的问题。

Description

提高动基座对准精度的导航信息滤波方法
技术领域
本发明涉及一种提高动基座对准精度的导航信息滤波方法。
背景技术
现代高技术战争中惯性导航系统具有不可替代的作用，如何提高其快速性和准确性的精度要求是高技术战争中实现精确打击的核心问题。其中制导武器的发射反应时间主要取决于制导武器的初始对准时间，而精度打击能力主要取决于惯性导航系统的精度。舰载飞行器面临动基座的条件，由于存在基座运动产生的各种干扰，以及受惯性元件的精度限制，无法采用自对准方式在较短的时间进行较高精度的初始对准。为了有效的解决上述问题，kain提出了传递对准原理，即利用运载体上高精度的主惯导计算或测量的信息作为信息源，采用惯性信息匹配的方法，实时递推估计从惯导导航坐标系相对于主惯导导航坐标系的水平和方位失准角，从而达到初始对准的目的，传递对准的时间一般较短，但是需要高精度的主惯导进行辅助对准。
虽然理论上动基座传递对准在快速性和准确性上能达到一定的要求，但是因现实环境的不同，影响惯性导航系统精度的因素很多。其误差的构成主要包括：惯性仪表（陀螺和加速度计）误差、对准误差、系统级误差、算法误差等。本文着重考虑杆臂效应误差、挠曲效应误差和时间延迟误差。研究表明，这三个误差是影响机载制导武器传递对准性能的关键因素。要提高机载制导武器传递对准的精度，进而提高机载制导武器的命中精度，必须考虑三大误差。及时有效的误差补偿将促成高精度惯导系统的形成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，解决在舰载平台伴有纵横摇的情况下，如何通过对高频导航数据的处理得到平滑、连续可供飞行器使用的传递对准信息的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，包括：
信息接口组合接收综合导航设备发送的导航数据；
对所述导航数据进行剔点、限位、滤波的处理后，输出角度、角速度、舰速。
进一步的，在上述方法中，所述导航数据分为两类，一类是角度信息，包括航向角、纵摇角、横摇角，使用
Figure DEST_PATH_IMAGE001
作为有效点数计数量，另一类是速度信息，包括舰速，使用/>
Figure DEST_PATH_IMAGE002
作为其有效点数计数量。
进一步的，在上述方法中，对所述导航数据进行剔点的处理中，通过如下公式进行处理：
当
Figure DEST_PATH_IMAGE003
时：/>
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为剔点处理前的数据点数；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为接收到的数据值/>
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为剔点门限；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为第n点的剔点后的值；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为从上次数据处理后的第n－1点的角速度值或速度值；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为外推时间，即/>
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
进一步的，在上述方法中，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述航向角、纵摇角、横摇角分别使用独立的计数量
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，每发生一次剔点则/>
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，当/>
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时，重置角度有效点数/>
Figure 883175DEST_PATH_IMAGE001
，其中/>
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为导航数据处理重启点数。
进一步的，在上述方法中，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述舰速使用计数量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，每发生一次舰速剔点，则/>
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，当/>
Figure DEST_PATH_IMAGE019
时，重置速度有效点数/>
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，其中/>
Figure 737999DEST_PATH_IMAGE016
为导航数据处理重启点数。
进一步的，在上述方法中，对所述导航数据进行滤波的处理，包括：
对导航数据中的角度包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并并计算角速度。
进一步的，在上述方法中，所述对导航数据中的角度包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并计算角速度，通过如下公式处理：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为第n点的角速度，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
当
Figure DEST_PATH_IMAGE024
连续出现/>
Figure 206151DEST_PATH_IMAGE016
次后，滤波器重启，点数n置零。
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为导航的采样频率；/>
Figure 539044DEST_PATH_IMAGE006
为接收到的数据值；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为最大角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为最小角速度；
Figure 353416DEST_PATH_IMAGE009
为当前角度的滤波值；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为当前经过滤波得到的角速度；
初样中，
Figure 362829DEST_PATH_IMAGE026
取16°/s, />
Figure 629862DEST_PATH_IMAGE027
取1.2°/s。
进一步的，在上述方法中，对所述导航数据进行限位的处理，包括：
对导航数据中的角度
Figure 828763DEST_PATH_IMAGE009
包括纵摇角、横摇角必须处于一定的范围值以内，即
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；
对导航数据中的角速度
Figure 497641DEST_PATH_IMAGE022
包括航向角速度、纵摇角速度、横摇角速度，其绝对值小于最小门限时，置为0，其绝对值大于最大门限时取边限使用，即/>
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
；
对导航数据中的舰速
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，规定其不得超过上限，即/>
Figure DEST_PATH_IMAGE033
。
与现有技术相比，本发明可应用于高频接收不同海况下的舰载平台导航信息计算，为实时飞行器发射提供可用的传递对准信息，对新型号的研制有很好的借鉴意义，该方法分为剔点、滤波、限位三部分，另外，对于导航信息的剔点，采用了独立剔点机制，保证了某个维度出现野值的情况下不会影响其他维度的处理，对于纵横摇角速度的求取，采用了多点滑窗平滑的处理，可以准确高效地计算高频导航位置。其它海用型号可直接使用该方法，简单有效、通用性良好，能够有效的节约研制经费和人力资源成本，可满足不同舰载平台对飞行器初始预装参数解算的要求。
附图说明
图1是本发明一实施例的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种方提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，包括：
步骤S1，信息接口组合接收综合导航设备发送的导航数据；
步骤S2，对所述导航数据进行剔点、限位、滤波的处理后，输出角度、角速度、舰速，以供其它设备使用。
优选的，所述导航数据分为两类，一类是角度信息，包括航向角、纵摇角、横摇角，使用
Figure 428688DEST_PATH_IMAGE001
作为有效点数计数量，另一类是速度信息，包括舰速，使用/>
Figure 183018DEST_PATH_IMAGE002
作为其有效点数计数量。其中，当前有效点数小于门限时，对相应数据不做处理，即/>
Figure DEST_PATH_IMAGE034
时对角度信息不做处理，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE035
时对速度信息不做处理
优选的，对所述导航数据进行剔点的处理中，通过如下公式进行处理：
当
Figure 608445DEST_PATH_IMAGE003
时：
Figure 131830DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 561674DEST_PATH_IMAGE005
为剔点处理前的数据点数；
Figure 803300DEST_PATH_IMAGE006
为接收到的数据值/>
Figure 16107DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 659578DEST_PATH_IMAGE008
为剔点门限；
Figure 994744DEST_PATH_IMAGE009
为第n点的剔点后的值；
Figure 723666DEST_PATH_IMAGE010
为从上次数据处理后的第n－1点的角速度值或速度值；
Figure 802480DEST_PATH_IMAGE011
为外推时间，即/>
Figure 300457DEST_PATH_IMAGE012
，以公式中的第（2）种情况即为剔点。
优选的，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述航向角、纵摇角、横摇角分别使用独立的计数量
Figure 259055DEST_PATH_IMAGE013
，每发生一次剔点则/>
Figure 209693DEST_PATH_IMAGE014
，当/>
Figure 92199DEST_PATH_IMAGE015
时，重置角度有效点数/>
Figure 444683DEST_PATH_IMAGE001
，其中/>
Figure 387231DEST_PATH_IMAGE016
为导航数据处理重启点数。
优选的，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述舰速使用计数量
Figure 762849DEST_PATH_IMAGE017
，每发生一次舰速剔点，则/>
Figure 183466DEST_PATH_IMAGE018
，当/>
Figure 656035DEST_PATH_IMAGE019
时，重置速度有效点数/>
Figure 769485DEST_PATH_IMAGE020
，其中/>
Figure 694716DEST_PATH_IMAGE016
为导航数据处理重启点数。
优选的，对所述导航数据进行滤波的处理，包括：
对导航数据中的角度信息包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并并计算角速度。
优选的，所述对导航数据中的角度包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并计算角速度，通过如下公式处理：
Figure 919024DEST_PATH_IMAGE021
Figure 246100DEST_PATH_IMAGE022
为第n点的角速度，计算公式如下：/>
Figure 530450DEST_PATH_IMAGE023
当
Figure 942977DEST_PATH_IMAGE024
连续出现/>
Figure 970976DEST_PATH_IMAGE016
次后，滤波器重启，点数n置零。
其中：
Figure 152559DEST_PATH_IMAGE025
为导航的采样频率；
Figure 696892DEST_PATH_IMAGE006
为接收到的数据值；
Figure 596715DEST_PATH_IMAGE026
为最大角速度；
Figure 162825DEST_PATH_IMAGE027
为最小角速度；
Figure 464493DEST_PATH_IMAGE009
为当前角度的滤波值；
Figure 825068DEST_PATH_IMAGE028
为当前经过滤波得到的角速度；
初样中，
Figure 212187DEST_PATH_IMAGE026
取16°/s, />
Figure 768939DEST_PATH_IMAGE027
取1.2°/s。
优选的，对所述导航数据进行限位的处理，包括：
对导航数据中的角度
Figure 659534DEST_PATH_IMAGE009
包括纵摇角、横摇角必须处于一定的范围值以内，即
Figure 456589DEST_PATH_IMAGE029
；
对导航数据中的角速度
Figure 65425DEST_PATH_IMAGE022
包括航向角速度、纵摇角速度、横摇角速度，其绝对值小于最小门限时，置为0，其绝对值大于最大门限时取边限使用，即/>
Figure 238917DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 249599DEST_PATH_IMAGE031
；
对导航数据中的舰速
Figure 155238DEST_PATH_IMAGE032
，规定其不得超过上限，即/>
Figure 251370DEST_PATH_IMAGE033
。
本发明可应用于高频接收不同海况下的舰载平台导航信息计算，为实时飞行器发射提供可用的传递对准信息，对新型号的研制有很好的借鉴意义，该方法分为剔点、滤波、限位三部分，另外，对于导航信息的剔点，采用了独立剔点机制，保证了某个维度出现野值的情况下不会影响其他维度的处理，对于纵横摇角速度的求取，采用了多点滑窗平滑的处理，可以准确高效地计算高频导航位置。其它海用型号可直接使用该方法，简单有效、通用性良好，能够有效的节约研制经费和人力资源成本，可满足不同舰载平台对飞行器初始预装参数解算的要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，其特征在于，包括：
信息接口组合接收综合导航设备发送的导航数据；
对所述导航数据进行剔点、限位、滤波的处理后，输出角度、角速度、舰速；
所述导航数据分为两类，一类是角度信息，包括航向角、纵摇角、横摇角，使用NA作为有效点数计数量，另一类是速度信息，包括舰速，使用NV作为其有效点数计数量；
对所述导航数据进行剔点的处理中，通过如下公式进行处理：
当n＝NA＞NCB时：
Figure QLYQS_1
其中，NCB为剔点处理前的数据点数；
θs为接收到的数据值；
θera为剔点门限；
θn为第n点的剔点后的值；
θ′n-1为从上次数据处理后的第n－1点的角速度值或速度值；
ΔT为外推时间，即
Figure QLYQS_2
2.如权利要求1所述的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，其特征在于，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述航向角、纵摇角、横摇角分别使用独立的计数量NA1，每发生一次剔点则NA1+1，当NAl≥NR时，重置角度有效点数NA，其中NR为导航数据处理重启点数。
3.如权利要求2所述的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，其特征在于，对所述导航数据进行剔点的处理中，所述舰速使用计数量NV1，每发生一次舰速剔点，则NV1+1，当NV1≥NR时，重置速度有效点数NV，其中NR为导航数据处理重启点数。
4.如权利要求3所述的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，其特征在于，对所述导航数据进行滤波的处理，包括：
对导航数据中的角度包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并计算角速度。
5.如权利要求4所述的提高动基座对准精度的导航信息滤波方法，其特征在于，所述对导航数据中的角度包括航向角、纵摇角、横摇角进行滤波处理，并计算角速度，通过如下公式处理：
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
为第n点的角速度，计算公式如下：
Figure QLYQS_5
当n<10时
Figure QLYQS_6
当n≥10时/>
如果
Figure QLYQS_7
当
Figure QLYQS_8
连续出现NR次后，滤波器重启，点数n置零；
θs为接收到的数据值；
Figure QLYQS_9
为最大角速度；
θ′min为最小角速度；
θn为当前角度的滤波值；
θ′n为当前经过滤波得到的角速度；
Figure QLYQS_10
取16°/s，/>
Figure QLYQS_11
取1.2°/s。/>
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