CN107024226A - 一种基于惯导/dvl/usbl组合的惯导误差估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于惯导技术,具体公开一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法,包括同步采集惯导的位置和速度、DVL的速度、USBL的位置等测试数据,并设计三个通过经典Kalman滤波实现的滤波器的配合:采用子滤波器1实现惯导/DVL组合、采用子滤波器2实现惯导/USBL组合,采用主滤波器,获得惯导误差的高精度估计;从而实现了高环境适应性,低位置累计误差的惯导误差估计方法。
Description
技术领域
本发明属于惯导技术,具体涉及一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法。
背景技术
惯导/DVL组合可以实现远距离的组合导航,但位置误差累积。惯导/USBL组合可以实现位置误差不累积的组合导航,然而受USBL作用范围限制,不易实现远距离的组合导航,一般只能在特定水域工作。惯导/DVL/USBL组合可以实现优势互补,提高整个系统的工作适应性。现有技术中并没有一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法。
实现本发明目的的技术方案:
一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法,它包括下列步骤:
步骤1:同步采集惯导的位置和速度、DVL的速度、USBL的位置等测试数据;
步骤2:采用子滤波器1实现惯导/DVL组合;
子滤波器1的输入信息为惯导的速度与DVL的速度;子滤波器1的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;δh、δλ分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθs为DVL的安装误差角,δks为DVL的刻度系数误差;
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器1的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器1的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P1;
步骤3:采用子滤波器2实现惯导/USBL组合;
子滤波器2的输入信息为惯导的位置与USBL的位置;子滤波器2的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;δh、δλ分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθa为USBL的安装误差角,δka为USBL的刻度系数误差;
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器2的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器2的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P2;
步骤4:采用主滤波器,获得惯导误差的高精度估计;
主滤波器的输入信息为状态估计值估计均方误差阵P1、状态估计值和估计均方误差阵P2,
计算融合估计误差方差阵,公式为:
其中,P1 -1为P1的逆矩阵,为P2的逆矩阵;
计算主滤波器的状态估计值,公式为:
为主滤波器估计出的惯导误差。
所述的
包括φNφUφEδvNδvUδvE δhδλεNεUεE▽N▽U▽U等15个变量。
本发明的有益技术效果在于:
本发明提供的一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法通过同步采集惯导的位置和速度、DVL的速度、USBL的位置等测试数据,并设计三个滤波器的配合:采用子滤波器1实现惯导/DVL组合、采用子滤波器2实现惯导/USBL组合,采用主滤波器,获得惯导误差的高精度估计;从而实现了高环境适应性,低位置累计误差的惯导误差估计方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种惯导/DVL/USBL组合导航结构包括惯导、DVL、USBL、子滤波器1、子滤波器2和主滤波器。
惯导:由陀螺、加速度计、导航计算机等组成的可实现自主导航的惯导导航系统。通过其导航计算机的导航解算,可给出惯导的位置、速度、姿态等导航信息。
DVL:Doppler Velocity Log,多普勒计程仪。通过多普勒效应测量DVL相对于水底的速度。
USBL:Ultra Short Baseline,超短基线定位系统。由USBL本体和应答器构成了基线,其中应答器的位置精确已知,则USBL本体通过向应答器发射声波解算出基线长度,即可获得USBL的位置信息。
子滤波器1:输入惯导的速度和DVL的速度,输出状态估计值和估计均方误差阵P1。
子滤波器2:输入惯导的位置和USBL的位置,输出状态估计值和估计均方误差阵P2。
主滤波器:子滤波器1和子滤波器2的输出端与主滤波器的输入端连接。主滤波器输入状态估计值估计均方误差阵P1、状态估计值和估计均方误差阵P2,输出状态估计值
本发明提供的一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法包括下列步骤:
步骤1:同步采集惯导的位置和速度、DVL的速度、USBL的位置等测试数据。
步骤2:采用子滤波器1实现惯导/DVL组合。
子滤波器1的输入信息为惯导的速度与DVL的速度。子滤波器1的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;δh、δλ分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθs为DVL的安装误差角,δks为DVL的刻度系数误差。
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器1的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器1的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P1。
步骤3:采用子滤波器2实现惯导/USBL组合。
子滤波器2的输入信息为惯导的位置与USBL的位置。子滤波器2的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;δh、δλ分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθa为USBL的安装误差角,δka为USBL的刻度系数误差。
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器2的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器2的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P2。
步骤4:采用主滤波器,获得惯导误差的高精度估计。
主滤波器的输入信息为状态估计值估计均方误差阵P1、状态估计值和估计均方误差阵P2,
计算融合估计误差方差阵,公式为:
其中,P1 -1为P1的逆矩阵,为P2的逆矩阵;
计算主滤波器的状态估计值,公式为:
为主滤波器估计出的惯导误差,
包括φNφUφEδvNδvUδvE δhδλεNεUεE▽N▽U▽U等15个变量。
至此,给出了一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法。根据此发明,可以获得惯导误差量的高精度估计,用以修正惯导的位置、速度、姿态角等信息后,提高惯导系统的导航精度。
上面结合实施例对本发明作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (2)
1.一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法,其特征在于:它包括下列步骤:
步骤1:同步采集惯导的位置和速度、DVL的速度、USBL的位置等测试数据;
步骤2:采用子滤波器1实现惯导/DVL组合;
子滤波器1的输入信息为惯导的速度与DVL的速度;子滤波器1的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθs为DVL的安装误差角,δks为DVL的刻度系数误差;
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器1的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器1的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P1;
步骤3:采用子滤波器2实现惯导/USBL组合;
子滤波器2的输入信息为惯导的位置与USBL的位置;子滤波器2的状态变量为17维向量:
其中,φN、φU、φE分别为惯导的北向、天向、东向轴失准角;δvN、δvU、δvE分别为惯导的北向、天向、东向轴速度误差;分别为惯导的纬度、高度和经度误差;εN、εU、εE和▽N、▽U、▽E分别为惯导的等效北向、天向、东向轴陀螺漂移和加速度计零偏;δθa为USBL的安装误差角,δka为USBL的刻度系数误差;
经过经典的Kalman滤波方程解算,获得子滤波器2的状态估计值和估计均方误差阵;取子滤波器2的状态估计值的前15个变量,记作估计均方误差阵的前15行前15列矩阵,记作P2;
步骤4:采用主滤波器,获得惯导误差的高精度估计;
主滤波器的输入信息为状态估计值估计均方误差阵P1、状态估计值和估计均方误差阵P2,
计算融合估计误差方差阵,公式为:
其中,为P1的逆矩阵,为P2的逆矩阵;
计算主滤波器的状态估计值,公式为:
为主滤波器估计出的惯导误差。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯导/DVL/USBL组合的惯导误差估计方法,其特征在于:所述的
包括等15个变量。
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