CN106595709A - 一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法，包括：获取外测数据信息；其中，所述外测数据信息包括：外测纬度、外测经度λ和外测高度h中的至少一种；根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果；其中，所述输入信息包括：根据惯性导航系统确定的北向加速度a_n、东向加速度a_e和天向加速度a_u中的至少一种；输出所述修正结果；其中，所述修正结果包括：北向通道位置误差修正结果、东向通道位置误差修正结果和天向通道位置误差修正结果。通过本发明实现了对惯导系统速度和位置的修正，提高了组合导航系统的鲁棒性和导航精度。

Description

一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法。

背景技术

惯性导航系统是一个基于加速度二次积分的航程推算系统，它不依赖外部信息，隐蔽性好，抗干扰佳，抗辐射强，且能全方位、全地域、全天候自主式导航与制导的优点，使其成为航天、航空、航海领域中一种广泛使用的主要导航系统。但由于惯性导航系统本身存在误差，包括仪表误差、初始对准误差、重力异常等等，仅依赖惯性导航系统做长时间工作时，导航误差会随时间积累而发散。为解决这个问题，有效提高惯性导航系统的精度，采用的主要途径是组合导航技术，即用两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息做测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正。采用组合导航技术的系统称为组合导航系统，参与组合的各个系统称为子系统。

由于惯性导航系统本身存在包括仪表误差、初始对准误差、重力异常等在内的各类误差，仅依赖惯性导航系统做长时间工作时，导航速度和位置误差随时间发散。组合导航系统的另一个重要方面是信息融合算法，即同时利用不同导航系统获得导航信息进行解算，得到高精度的导航输出。

目前，常见的信息融合算法一般基于最优估计理论，例如卡尔曼滤波理论以及其衍生算法。在使用卡尔曼滤波算法进行组合导航系统设计时需要建立系统的误差模型，除此之外，卡尔曼滤波算法是一种递推算法，启动算法时需要设置参数初值，误差模型的正确性和参数初值的合理性将对算法的收敛性产生直接影响，工程应用时需要针对不同产品设置合理的参数初值，调试工作量很大。另外，随着外测信息频率的提高，采用卡尔曼滤波器后在一个周期内将难以算完组合导航计算。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法，旨在实现对惯导系统速度和位置的修正，提高组合导航系统的鲁棒性和导航精度。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法，包括：

获取外测数据信息；其中，所述外测数据信息包括：外测纬度、外测经度λ和外测高度h中的至少一种；

根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果；其中，所述输入信息包括：根据惯性导航系统确定的北向加速度a_n、东向加速度a_e和天向加速度a_u中的至少一种；

输出所述修正结果；其中，所述修正结果包括：北向通道位置误差修正结果、东向通道位置误差修正结果和天向通道位置误差修正结果。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果，包括：

根据所述外测纬度和所述北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果；和/或，

根据所述外测经度λ和所述东向加速度ae，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果；和/或，

根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述根据所述外测纬度和所述北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果，包括：

步骤A1，对所述北向加速度a_n进行积分，得到北向速度

步骤A2，根据当前地理位置确定子午圈曲率半径R_m，根据确定纬度变化率

步骤A3，对纬度变化率进行积分得到纬度将纬度与外测纬度做差，得到纬度误差其中，

步骤A4，以作为修正输入参数，根据得到控制量u_n；其中，所述控制量u_n用于对北向加速度a_n进行修正；x_n表示北向控制分量；K_n2表示反馈到输入端的放大环节增益系数；

步骤A5，以作为修正输入参数，根据得到控制量其中，控制量用于对纬度变化率进行修正；K_n1表示反馈到纬度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤A6，根据所述控制量u_n对北向加速度a_n进行修正，并对修正后的北向加速度进行积分，得到修正后的北向速度

步骤A7，将修正后的北向速度经放大环节输出；

步骤A8，根据控制量u_φ，对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的纬度变化率对修正后的纬度变化率积分，得到修正后的纬度

步骤A9，将所述修正后的纬度作为北向通道位置误差修正结果。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：通过离散算法对所述北向控制分量x_n进行更新：

其中，K_n3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₁为外测纬度修正周期；所述北向控制分量x_n在初始时刻的初始化值为零。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：

确定第一特征方程其中，所述第一特征方程为北向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第一特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_n1、K_n2和K_n3：

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述根据所述外测经度λ和所述东向加速度a_e，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果，包括：

步骤B1，对所述东向加速度a_e，得到东向速度

步骤B2，根据当前地理位置确定卯酉圈曲率半径R_n，根据确定经度变化率

步骤B3，对经度变化率进行积分得到经度将经度与外测经度λ做差，得到经度误差其中，

步骤B4，以作为修正输入参数，根据u_e＝x_e+K_e2Δλ，得到控制量u_e；其中，所述控制量u_e用于对东向加速度a_e进行修正；x_e表示东向控制分量；K_e2表示反馈到输入端的放大环节增益系数；

步骤B5，以作为修正输入参数，根据u_λ＝K_e1Δλ，得到控制量u_λ；其中，所述控制量u_λ用于对经度变化率进行修正；K_e1表示反馈到经度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤B6，根据所述控制量u_e对东向加速度a_e进行修正，并对修正后的东向加速度进行积分，得到修正后的东向速度

步骤B7，将修正后的东向速度经放大环节输出；

步骤B8，根据控制量u_λ，对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的经度变化对修正后的经度变化积分，得到修正后的纬度得到经度

步骤B9，将所述修正后的经度作为东向通道位置误差修正结果。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：通过离散算法对所述东向控制分量x_e进行更新：

x_e(k+1)＝(K_e3Δλ)ΔT₂+x_e(k)

其中，K_e3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₂为外测经度修正周期；所述东向控制分量x_e在初始时刻的初始化值为零。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：

确定第二特征方程其中，所述第二特征方程为东向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第二特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_e1、K_e2和K_e3：

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果，包括：

步骤C1，对所述天向加速度a_u进行积分，得到天向速度

步骤C2，对所述天向速度进行积分，得到高度变化率

步骤C3，对高度变化率进行积分得到高度将高度与外测高度h做差，得到高度误差其中，

步骤C4，以作为修正输入参数，根据u_u＝x_u+K_u2Δh，得到控制量u_u；其中，所述控制量u_u用于对天向加速度a_u进行修正；x_u表示天向控制分量；K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；

步骤C5，以作为修正输入参数，根据u_u＝K_u1Δh，得到控制量u_h；其中，控制量u_h用于对高度变化率进行修正；K_u1表示反馈到高度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤C6，根据所述控制量u_u对天向加速度a_u进行修正，并对修正后的天向加速度进行积分，得到修正后的天向速度

步骤C7，根据控制量u_h，对修正后的天向速度的积分输出进行修正，得到修正后的高度变化率对修正后的高度变化率积分，得到修正后的高度

步骤C8，将所述修正后的高度作为天向通道位置误差修正结果。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：通过离散算法对所述天向控制分量x_u进行更新：

x_u(k+1)＝(K_u3Δh)ΔT₃+x_u(k)

其中，K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₃为外测高度修正周期；所述天向控制分量x_u在初始时刻的初始化值为零。

在上述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法中，所述方法还包括：

确定第三特征方程其中，所述第三特征方程为天向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第三特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_u1、K_u2和K_u3：

其中，g表示当地重力加速度，R表示地球长半轴。

本发明具有以下优点：

(1)本发明通过引入外测数据信息实现对惯性导航系统测量误差的修正，相比于现有的卡尔曼滤波算法，本发明不依赖于系统误差模型的精确性，修正结果更可靠，提高了组合导航系统的鲁棒性和导航精度。

(2)现有卡尔曼滤波算法需要建立系统误差模型，算法稳定性严重依赖于导航误差模型的正确性和精确程度，本发明方法不依赖于系统误差模型的精确性，只需引入外测位置信息修正惯性导航误差，并通过分析干扰信号的固有频率或给出合理的回路带宽，直接对控制器进行设计，即可完成对输入信号噪声的滤除，完成系统输出对系统输入的跟踪，完成对惯导系统速度和位置误差的修正。

(3)现有的卡尔曼滤波算法时间开销较大，滤波周期较长，本发明的方法运算速度快，时间开销短，当外测数据频率较高时也可完成对惯导系统速度和位置测量误差的修正，具有广泛的适用性。

(4)现有的卡尔曼滤波算法若信息源发生变化，需要重新建立系统的误差模型，工作量较大，本发明只需通过修改控制器参数即可实现对惯性导航系统测量误差的修正，操作简单便捷。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种北向通道误差修正的原理图；

图3是本发明实施例中一种东向通道误差修正的原理图；

图4是本发明实施例中一种天向通道误差修正的原理图；

图5是本发明实施例中一种对应北向通道的两个闭环传递函数伯德图；

图6是本发明实施例中一种对应东向通道的两个闭环传递函数伯德图；

图7是本发明实施例中一种对应天向通道的两个闭环传递函数伯德图；

图8是现有的一种基于捷联解算得到的速度输出结果示意图；

图9是现有的一种基于捷联解算得到的位置输出结果示意图；

图10是基于本发明实施例所述的方法实现的组合导航解算得到的速度输出结果示意图；

图11是基于本发明实施例所述的方法实现的组合导航解算得到的位置输出结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

本发明核心思想之一在于：组合导航系统阻尼回路包括速度阻尼回路(北向速度阻尼回路、东向速度阻尼回路和天向速度阻尼回路)和位置阻尼回路(纬度阻尼回路、经度阻尼回路和高度阻尼回路)。阻尼的基本原理为当获得载体的真实位置信息(纬度、经度、高度)，速度信息(北向速度、东向速度、天向速度)时，可将惯性导航系统输出的位置信息(纬度、经度、高度)和速度信息(北向速度、东向速度、天向速度)分别与真实位置信息和速度信息做差，形成误差信号，各通道对应的误差信号经过控制器后分别形成两个控制量，各通道各自对应的两个控制量分别作用到惯性导航的加速度输入端和位置变化率输出端，实现对惯性导航系统速度误差和位置误差的阻尼。

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细描述：

参照图1，示出了本发明实施例中一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法的步骤流程图。在本实施例中，所述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法包括：

步骤101，获取外测数据信息。

在本实施例中，外测数据信息是指通过非惯性导航方式获得的接近载体真实经度、纬度、高度的信息。所述外测数据信息可以但不仅限于采用卫星导航定位、雷达定位和气压高度表测高等方式中的一种或多种来获取。其中，所述外测数据信息包括但不仅限于：外测纬度、外测经度λ和外测高度h中的至少一种。

步骤102，根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果。

在本实施例中，所述输入信息包括但不仅限于：根据惯性导航系统确定的北向加速度a_n、东向加速度a_e和天向加速度a_u中的至少一种。根据所述外测数据信息和根据惯性导航系统确定的输入信息对惯性导航系统测量误差进行修正。其中，所述北向加速度a_n、东向加速度a_e和天向加速度a_u可以是由惯性导航系统基于测量比力转换计算得到。

优选的，可以根据所述外测纬度和所述北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果；和/或，根据所述外测经度λ和所述东向加速度a_e，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果；和/或，根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果。

步骤103，输出所述修正结果。

如前所述，所述修正结果包括：北向通道位置误差修正结果、东向通道位置误差修正结果和天向通道位置误差修正结果。

为了便于理解，下面分别对三个通道的修正过程进行详细说明：

一、北向通道位置误差修正

参照图2，示出了本发明实施例中一种北向通道误差修正的原理图。在本实施例中，根据外测纬度和北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果，具体流程可以如下：

步骤A1，对所述北向加速度a_n进行积分，得到北向速度

步骤A2，根据当前地理位置确定子午圈曲率半径R_m，根据确定纬度变化率

步骤A3，对纬度变化率进行积分得到纬度将纬度与外测纬度做差，得到纬度误差其中，

步骤A4，以作为修正输入参数，根据得到控制量u_n。

在本实施例中，所述控制量u_n用于对北向加速度a_n进行修正；x_n表示北向控制分量；K_n2表示反馈到输入端的放大环节增益系数。

优选的，可通过离散算法对所述北向控制分量x_n进行更新：

其中，K_n3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₁为外测纬度修正周期；所述北向控制分量x_n在初始时刻的初始化值为零。

步骤A5，以作为修正输入参数，根据得到控制量

在本实施例中，控制量用于对纬度变化率进行修正；K_n1表示反馈到纬度变化率输出端的放大环节增益系数。

步骤A6，根据所述控制量u_n对北向加速度a_n进行修正，并对修正后的北向加速度进行积分，得到修正后的北向速度

步骤A7，将修正后的北向速度经放大环节输出。

步骤A8，根据控制量对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的纬度变化率对修正后的纬度变化率积分，得到修正后的纬度

步骤A9，将所述修正后的纬度作为北向通道位置误差修正结果。

优选的，K_n1、K_n2和K_n3的确定流程可以如下：

确定第一特征方程其中，所述第一特征方程为北向通道位置误差修正回路对应的特征方程；令所述第一特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；解算得到K_n1、K_n2和K_n3：

二、东向通道位置误差修正

参照图3，示出了本发明实施例中一种东向通道误差修正的原理图。在本实施例中，根据所述外测经度λ和所述东向加速度a_e，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果，具体流程可以如下：

步骤B1，对所述东向加速度a_e，得到东向速度

步骤B2，根据当前地理位置确定卯酉圈曲率半径R_n，根据确定经度变化率

步骤B3，对经度变化率进行积分得到经度将经度与外测经度λ做差，得到经度误差；其中，

步骤B4，以作为修正输入参数，根据u_e＝x_e+K_e2Δλ，得到控制量u_e。

在本实施例中，所述控制量u_e用于对东向加速度a_e进行修正；x_e表示东向控制分量；K_e2表示反馈到输入端的放大环节增益系数。

优选的，可通过离散算法对所述东向控制分量x_e进行更新：

x_e(k+1)＝(K_e3Δλ)ΔT₂+x_e(k)

其中，K_e3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₂为外测经度修正周期；所述东向控制分量x_e在初始时刻的初始化值为零。

步骤B5，以作为修正输入参数，根据u_λ＝K_e1Δλ，得到控制量u_λ。

在本实施例中，所述控制量u_λ用于对经度变化率进行修正；K_e1表示反馈到经度变化率输出端的放大环节增益系数。

步骤B6，根据所述控制量u_e对东向加速度a_e进行修正，并对修正后的东向加速度进行积分，得到修正后的东向速度

步骤B7，将修正后的东向速度经放大环节输出。

步骤B8，根据控制量u_λ，对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的经度变化对修正后的经度变化积分，得到修正后的纬度得到经度

步骤B9，将所述修正后的经度作为东向通道位置误差修正结果。

优选的，K_e1、K_e2和K_e3的确定流程可以如下：

确定第二特征方程其中，所述第二特征方程为东向通道位置误差修正回路对应的特征方程；令所述第二特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；解算得到K_e1、K_e2和K_e3：

三、天向通道位置误差修正

参照图4，示出了本发明实施例中一种天向通道误差修正的原理图。在本实施例中，根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果，具体流程可以如下：

步骤C1，对所述天向加速度a_u进行积分，得到天向速度

步骤C2，对所述天向速度进行积分，得到高度变化率

步骤C3，对高度变化率进行积分得到高度将高度与外测高度h做差，得到高度误差其中，

步骤C4，以作为修正输入参数，根据u_u＝x_u+K_u2Δh，得到控制量u_u。

在本实施例中，所述控制量u_u用于对天向加速度a_u进行修正；x_u表示天向控制分量；K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数。

优选的，可通过离散算法对所述天向控制分量x_u进行更新：

x_u(k+1)＝(K_u3Δh)ΔT₃+x_u(k)

其中，K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₃为外测高度修正周期；所述天向控制分量x_u在初始时刻的初始化值为零。

步骤C5，以作为修正输入参数，根据u_u＝K_u1Δh，得到控制量u_h。

在本实施例中，控制量u_h用于对高度变化率进行修正；K_u1表示反馈到高度变化率输出端的放大环节增益系数。

步骤C6，根据所述控制量u_u对天向加速度a_u进行修正，并对修正后的天向加速度进行积分，得到修正后的天向速度

步骤C7，根据控制量u_h，对修正后的天向速度的积分输出进行修正，得到修正后的高度变化率对修正后的高度变化率积分，得到修正后的高度

步骤C8，将所述修正后的高度作为天向通道位置误差修正结果。

优选的，K_u1、K_u2和K_u3的确定流程可以如下：

确定第三特征方程其中，所述第三特征方程为天向通道位置误差修正回路对应的特征方程；令所述第三特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；解算得到K_u1、K_u2和K_u3：

其中，g表示当地重力加速度，R表示地球长半轴。

结合上述实施例，下面以一个具体实例对所述基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法进行详细说明。

以采用捷联惯性导航系统的某船舶A为例。

试验时，船舶A停在码头，船体受到海浪拍打而不能处于完全静止状态。通过对惯性仪表数据分析，得到海浪的固有频率为f_c＝0.01HZ。

根据f_c＝0.01HZ确定各通道的增益系数：

参照图5，示出了本发明实施例中一种对应北向通道的两个闭环传递函数伯德图。在本实施例中：已知北向通道输出为以外测纬度值为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图5所示的data2，等效为低通滤波器。以北向加速度的二次积分值(与表示位置的纬度对应)为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图5所示的data1，等效为高通滤波器。

参照图6，示出了本发明实施例中一种对应东向通道的两个闭环传递函数伯德图。在本实施例中：已知东向通道输出为以外测经度值为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图6所示的data2，等效为低通滤波器。以东向加速度的二次积分值(与表示位置的经度对应)为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图6所示的data1，等效为高通滤波器。

参照图7，示出了本发明实施例中一种对应天向通道的两个闭环传递函数伯德图。在本实施例中：已知天向通道输出为以外测高度值为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图7所示的data2，等效为低通滤波器。以天向加速度的二次积分值(与表示位置的高度对应)为输入，对应的闭环传递函数为对应的伯德图如图7所示的data1，等效为高通滤波器。

在本实施例中，各通道的外测数据用于进行误差修正，各外测数据对应低频信号，以低频信号的外测数据为输入的传递函数对应低通滤波器，在有效利用外测数据的同时，能够有效去除高频干扰信号的有害影响。而各通道的加速度信息则是用来实时解算速度和位置的，对应高频信号，以高频信号的加速度信息为输入的传递函数对应高通滤波器，在有效利用加速度测量信息的同时，能够有效减少海浪干扰等低频信号的有害影响，使得解算结果更加接近真实值。

在本实施例中，对船舶进行纯捷联惯导解算得到的速度和位置解算结果如图8和图9所示，此时没有引入外测数据信息进行修正，北向通道只保留图2中a_n到的前向通路，而无反馈通道，相当于图2中恒有u_n＝0，东向通道只保留图3中a_e到的前向通路，而无反馈通道，相当于图3中恒有u_e＝0，u_λ＝0；天向通道只保留图4中a_u到的前向通路，而无反馈通道，相当于图4中恒有u_u＝0，u_h＝0。

根据本发明的给出的组合导航解算方法，对惯性导航系统的测量误差的进行阻尼，继而对船舶的运动状态进行解算，得到的速度和位置结算结果如图10和图11所示。

由图5～图7分析可知，本发明设计的各通道对应控制器都能够有效获取低频外测信号对导航误差进行修正，同时能都有效利用惯性仪表所对应的高频信号进行导航解算，有效抑制干扰信息，完成系统输出对输入的跟踪。未使用本发明方法得到的图8和图9与使用本发明方法得到的图10和图11相比较，能够明显看到，使用本发明方法的惯性导航系统测量误差得到有效修正，速度和位置导航结果都向真实值收敛，即受海浪影响，船体的东、北、天向速度在都在零附近变化，解算位置结果对应船舶所停靠码头的地理位置，导航解算结果准确有效。

综上所述，本发明实施例所述的基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法，通过引入外测数据信息对惯性导航系统测量误差进行修正，确保导航解算结果准确有效。特别是，相比于现有的卡尔曼滤波算法，本发明不依赖于系统误差模型的精确性，修正结果更可靠，提高了组合导航系统的鲁棒性和导航精度；运算速度快，时间开销短，当外测数据频率较高时也可完成对惯导系统速度和位置测量误差的修正，具有广泛的适用性；当信息源发生变化时，只需通过修改控制器参数即可实现对惯性导航系统测量误差的修正，操作简单便捷。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种基于外测信息的惯性导航系统测量误差修正方法，其特征在于，包括：

获取外测数据信息；其中，所述外测数据信息包括：外测纬度外测经度λ和外测高度h中的至少一种；

根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果；其中，所述输入信息包括：根据惯性导航系统确定的北向加速度a_n、东向加速度a_e和天向加速度a_u中的至少一种；

输出所述修正结果；其中，所述修正结果包括：北向通道位置误差修正结果、东向通道位置误差修正结果和天向通道位置误差修正结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述外测数据信息和输入至输入端的输入信息，对惯性导航系统测量误差进行修正，得到修正结果，包括：

根据所述外测纬度和所述北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果；和/或，

根据所述外测经度λ和所述东向加速度a_e，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果；和/或，

根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述外测纬度和所述北向加速度a_n，对北向通道位置误差进行修正，得到北向通道位置误差修正结果，包括：

步骤A1，对所述北向加速度a_n进行积分，得到北向速度

步骤A2，根据当前地理位置确定子午圈曲率半径R_m，根据确定纬度变化率

步骤A3，对纬度变化率进行积分得到纬度将纬度与外测纬度做差，得到纬度误差其中，

步骤A4，以作为修正输入参数，根据得到控制量u_n；其中，所述控制量u_n用于对北向加速度a_n进行修正；x_n表示北向控制分量；K_n2表示反馈到输入端的放大环节增益系数；

步骤A5，以作为修正输入参数，根据得到控制量其中，控制量用于对纬度变化率进行修正；K_n1表示反馈到纬度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤A6，根据所述控制量u_n对北向加速度a_n进行修正，并对修正后的北向加速度进行积分，得到修正后的北向速度

步骤A7，将修正后的北向速度经放大环节输出；

步骤A8，根据控制量u_φ，对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的纬度变化率对修正后的纬度变化率积分，得到修正后的纬度

步骤A9，将所述修正后的纬度作为北向通道位置误差修正结果。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过离散算法对所述北向控制分量x_n进行更新：

其中，K_n3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₁为外测纬度修正周期；所述北向控制分量x_n在初始时刻的初始化值为零。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定第一特征方程其中，所述第一特征方程为北向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第一特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_n1、K_n2和K_n3：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{n1}=\frac{3}{\mathrm{\τ}}\\ K_{n2}=\frac{3(R_n+h)}{{\mathrm{\τ}}^2}\\ K_{n3}=\frac{R_m+h}{{\mathrm{\τ}}^3}\end{array}\right..$

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述外测经度λ和所述东向加速度a_e，对东向通道位置误差进行修正，得到东向通道位置误差修正结果，包括：

步骤B1，对所述东向加速度a_e，得到东向速度

步骤B2，根据当前地理位置确定卯酉圈曲率半径R_n，根据确定经度变化率

步骤B3，对经度变化率进行积分得到经度将经度与外测经度λ做差，得到经度误差其中，

步骤B4，以作为修正输入参数，根据u_e＝x_e+K_e2Δλ，得到控制量u_e；其中，所述控制量u_e用于对东向加速度a_e进行修正；x_e表示东向控制分量；K_e2表示反馈到输入端的放大环节增益系数；

步骤B5，以作为修正输入参数，根据u_λ＝K_e1Δλ，得到控制量u_λ；其中，所述控制量u_λ用于对经度变化率进行修正；K_e1表示反馈到经度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤B6，根据所述控制量u_e对东向加速度a_e进行修正，并对修正后的东向加速度进行积分，得到修正后的东向速度

步骤B7，将修正后的东向速度经放大环节输出；

步骤B8，根据控制量u_λ，对经放大环节的输出进行修正，得到修正后的经度变化对修正后的经度变化积分，得到修正后的纬度得到经度

步骤B9，将所述修正后的经度作为东向通道位置误差修正结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过离散算法对所述东向控制分量x_e进行更新：

x_e(k+1)＝(K_e3Δλ)ΔT₂+x_e(k)

其中，K_e3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₂为外测经度修正周期；所述东向控制分量x_e在初始时刻的初始化值为零。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定第二特征方程其中，所述第二特征方程为东向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第二特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_e1、K_e2和K_e3：

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述外测高度h和所述天向加速度a_u，对天向通道位置误差进行修正，得到天向通道位置误差修正结果，包括：

步骤C1，对所述天向加速度a_u进行积分，得到天向速度

步骤C2，对所述天向速度进行积分，得到高度变化率

步骤C3，对高度变化率进行积分得到高度将高度与外测高度h做差，得到高度误差其中，

步骤C4，以作为修正输入参数，根据u_u＝x_u+K_u2Δh，得到控制量u_u；其中，所述控制量u_u用于对天向加速度a_u进行修正；x_u表示天向控制分量；K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；

步骤C5，以作为修正输入参数，根据u_u＝K_u1Δh，得到控制量u_h；其中，控制量u_h用于对高度变化率进行修正；K_u1表示反馈到高度变化率输出端的放大环节增益系数；

步骤C6，根据所述控制量u_u对天向加速度a_u进行修正，并对修正后的天向加速度进行积分，得到修正后的天向速度

步骤C7，根据控制量u_h，对修正后的天向速度的积分输出进行修正，得到修正后的高度变化率对修正后的高度变化率积分，得到修正后的高度步骤C8，将所述修正后的高度作为天向通道位置误差修正结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过离散算法对所述天向控制分量x_u进行更新：

x_u(k+1)＝(K_u3Δh)ΔT₃+x_u(k)

其中，K_u3表示反馈到输入端的积分环节增益系数；ΔT₃为外测高度修正周期；所述天向控制分量x_u在初始时刻的初始化值为零。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定第三特征方程其中，所述第三特征方程为天向通道位置误差修正回路对应的特征方程；

令所述第三特征方程等于其中，f_c为干扰输入的固有频率；ω_c为阻尼回路带宽；

解算得到K_u1、K_u2和K_u3：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{u1}=\frac{3}{\mathrm{\τ}}\\ K_{u2}=\frac{3}{{\mathrm{\τ}}^2}+\frac{2g}{R}\\ K_{u3}=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}^3}\end{array}\right.$

其中，g表示当地重力加速度，R表示地球长半轴。