CN110987004A - 基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法 - Google Patents

基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及惯性导航技术领域，公开了一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法。该方法包括：计算惯导的合加速度，并对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值；基于合加速度均值判断合加速度的趋势；基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值；在合加速度处于极值且两极值之间的时间间隔大于预定值的情况下，确定速度为零；在速度为零的情况下，利用与零速匹配的卡尔曼滤波对惯导误差进行修正得到修正后的惯导输出。由此，可以克服舰船在浪涌作用下产生的角运动和线运动，从而达到不借用外界辅助措施的情况下得到较高精度的对准结果的目的。

Description

基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法。
背景技术
为确保舰艇的航行安全和舰载武器系统的正常使用，以惯性技术为核心的舰用高精度姿态测量技术能够为不同武器平台、应用载荷提供自主、精确的控制信息。惯导系统所提供的航向、姿态等必备的发射基准信息，大幅度提高此类武器的精确打击能力、快速机动能力和生存能力，从而获得更加优异的作战性能。
目前常用的对准方法有抗扰动对准法、罗经回路法粗对准等，但在没有外界辅助信息的情况下，以上现有方法对外界加速度敏感，大的浪涌会影响对准结果的精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法，能够解决现有技术中在没有外界辅助信息的情况下对准精度不高的问题。
本发明的技术解决方案：一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法，其中，该方法包括：
计算惯导的合加速度，并对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值；
基于合加速度均值判断合加速度的趋势；
基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值；
在合加速度处于极值且两极值之间的时间间隔大于预定值的情况下，确定速度为零；
在速度为零的情况下，利用与零速匹配的卡尔曼滤波对惯导误差进行修正得到修正后的惯导输出。
优选地，通过下式计算惯导的合加速度：
Figure BDA0002298323000000021
其中，fsum为惯导的合加速度，
Figure BDA0002298323000000022
分别为x、y、z加速度计所测得的加速度在载体系的投影。
优选地，通过下式对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值：
Figure BDA0002298323000000023
其中，TVzero为零速检测周期，Tn为导航周期，
Figure BDA0002298323000000024
为零速检测周期内的合加速度均值。
优选地，基于合加速度均值判断合加速度的趋势包括：
将当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值进行比较；
根据比较结果判断合加速度的趋势。
优选地，根据比较结果判断合加速度的趋势包括：
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差大于趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势；
在上一零速检测周期内的合加速度均值与当前零速检测周期内的合加速度均值之差大于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势；
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差的绝对值小于或等于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为平稳趋势。
优选地，基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值包括：
在同时满足以下三个条件时，判断合加速度处于极大值：
合加速度大于预定加速度，
合加速度经历的上升趋势不少于预定次数，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势；
在同时满足以下三个条件时，判断当前和加速度处于极小值：
合加速度小于预定加速度，
合加速度经历的下降趋势不少于预定次数，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势。
通过上述技术方案，可以利用惯导自身的输出，找到零速点，并利用零速匹配的kalman滤波方法，克服舰船在浪涌作用下产生的角运动和线运动，从而达到不借用外界辅助措施的情况下得到较高精度的对准结果的目的。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法，其中，该方法包括：
S100，计算惯导的合加速度，并对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值；
也就是，通过将得到的合加速度在一定时间内取均值，可以减小加速度计噪声的影响。
S102，基于合加速度均值判断合加速度的趋势；
S104，基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值；
S106，在合加速度处于极值且两极值之间的时间间隔大于预定值的情况下，确定速度为零；
S108，在速度为零(即零速)的情况下，利用与零速匹配的卡尔曼滤波对惯导误差进行修正得到修正后的惯导输出。
也就是，修正后的惯导输出即可作为对准结果。
其中，预定值可以由本领域技术人员根据实际情况进行设定，本发明不对此进行限定。
通过上述技术方案，可以利用惯导自身的输出，找到零速点，并利用零速匹配的kalman滤波方法，克服舰船在浪涌作用下产生的角运动和线运动，从而达到不借用外界辅助措施的情况下得到较高精度的对准结果的目的。
根据本发明一种实施例，通过下式计算惯导的合加速度：
Figure BDA0002298323000000051
其中，fsum为惯导的合加速度，
Figure BDA0002298323000000052
分别为x、y、z加速度计所测得的加速度在载体系的投影。
根据本发明一种实施例，通过下式对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值：
Figure BDA0002298323000000053
其中，TVzero为零速检测周期，Tn为导航周期，
Figure BDA0002298323000000054
为零速检测周期内的合加速度均值。
根据本发明一种实施例，基于合加速度均值判断合加速度的趋势包括：
将当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值进行比较；
根据比较结果判断合加速度的趋势。
举例来讲，根据比较结果判断合加速度的趋势可以包括：
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差大于趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势；
例如可以通过下式表示：
Figure BDA0002298323000000061
其中，
Figure BDA0002298323000000062
为当前零速检测周期内的合加速度均值，
Figure BDA0002298323000000063
为上一零速检测周期内的合加速度均值，thdfsum趋势判断阈值。
在上一零速检测周期内的合加速度均值与当前零速检测周期内的合加速度均值之差大于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势；
例如可以通过下式表示：
Figure BDA0002298323000000064
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差的绝对值小于或等于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为平稳趋势。
例如可以通过下式表示：
Figure BDA0002298323000000065
根据本发明一种实施例，基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值包括：
在同时满足以下三个条件时，判断合加速度处于极大值：
合加速度大于预定加速度，
合加速度经历的上升趋势不少于预定次数(换言之，在到达极大值前，上升趋势不少于预定次数)，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势；
在同时满足以下条件时，判断当前和加速度处于极小值：
合加速度小于预定加速度，
合加速度经历的下降趋势不少于预定次数(换言之，在到达极小值前，下降趋势不少于预定次数)，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势。
举例来讲，预定加速度可以为1g，预定次数可以为4次，连续多个零速检测周期可以为连续2个零速检测周期。
本领域技术人员应当理解，上述关于预定加速度、预定次数和连续多个零速检测周期的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
此外，对于零速时利用的与零速匹配的卡尔曼滤波，其包括：
状态变量选取：
Figure BDA0002298323000000071
式中状态量分别为北天东速度误差(单位：m/s)、纬度误差(单位：rad)、高度误差(单位：m)、经度误差(单位：rad)、北天东向失准角(单位：rad)、载体系XYZ向陀螺漂移(单位：rad/s)、载体系XYZ向加速度计零偏(单位：m/s2)，共15维。
观测量为：
Figure BDA0002298323000000072
式中，VN、VU和VE分别为惯导解算的北向、天向和东向速度输出。
基于卡尔曼滤波计算，待估计值稳定后，将估计的误差量修正后，惯导输出即可作为对准结果。
更进一步地，本发明中的与零速匹配的卡尔曼滤波计算是对现有卡尔曼滤波计算的利用，为了不混淆本发明，在此不再赘述。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种基于零速匹配滤波的舰船用惯导对准方法，其特征在于，该方法包括：
计算惯导的合加速度，并对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值；
基于合加速度均值判断合加速度的趋势；
基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值；
在合加速度处于极值且两极值之间的时间间隔大于预定值的情况下，确定速度为零；
在速度为零的情况下，利用与零速匹配的卡尔曼滤波对惯导误差进行修正得到修正后的惯导输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式计算惯导的合加速度：
Figure FDA0002298322990000011
其中，fsum为惯导的合加速度，
Figure FDA0002298322990000012
分别为x、y、z加速度计所测得的加速度在载体系的投影。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过下式对零速检测周期内计算的合加速度取均值得到合加速度均值：
Figure FDA0002298322990000013
其中，TVzero为零速检测周期，Tn为导航周期，
Figure FDA0002298322990000014
为零速检测周期内的合加速度均值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于合加速度均值判断合加速度的趋势包括：
将当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值进行比较；
根据比较结果判断合加速度的趋势。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据比较结果判断合加速度的趋势包括：
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差大于趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势；
在上一零速检测周期内的合加速度均值与当前零速检测周期内的合加速度均值之差大于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势；
在当前零速检测周期内的合加速度均值与上一零速检测周期内的合加速度均值之差的绝对值小于或等于所述趋势判断阈值的情况下，判断当前零速检测周期内合加速度的趋势为平稳趋势。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于趋势判断结果判断合加速度是否处于极值包括：
在同时满足以下三个条件时，判断合加速度处于极大值：
合加速度大于预定加速度，
合加速度经历的上升趋势不少于预定次数，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为下降趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势；
在同时满足以下条件时，判断当前和加速度处于极小值：
合加速度小于预定加速度，
合加速度经历的下降趋势不少于预定次数，并且
当前零速检测周期内合加速度的趋势为上升趋势或连续多个零速检测周期合加速度为平稳趋势。
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