sinsdgps矢量重力测量系统滤波技术研究

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1、第34卷第3期海洋测绘Vol.34，No.32014年5月HYDＲOGＲAPHICSUＲVEYINGANDCHAＲTINGMay，2014DOI:10．3969/j．issn．1671－3044．2014．03．010SINS/DGPS矢量重力测量系统滤波技术研究123刘玉红，王智明，韩金柱(1.海军海洋测绘研究所，天津300061;2.总参谋部作战部测绘导航局，北京100088;3.海军出版社，天津300450)摘要:以单通道捷联惯性导航系统的速度误差和姿态误差方程为状态方程，以陀螺仪误差和垂线偏差为过程噪声，以DGPS的速度与捷联惯导的速度之差为观测量，建立Kalm

2、an滤波模型，经滤波得到高精度实时导航信息。从导航信息中提取水平重力信息，进而得到垂线偏差。对高精度惯性元件构建的惯导系统进行数值仿真，仿真结果表明，组合系统可以有效提高实时导航和姿态精度，经50s平均后，可以得到精度为2″的垂线偏差。关键词:捷联惯性导航系统;DGPS;矢量重力测量;Kalman滤波;仿真中图分类号:P223文献标志码:B文章编号:1671-3044(2014)03-0037-03对单通道SINS的速度和姿态误差进行建模，采1引言用Kalman滤波对SINS/DGPS组合系统进行滤波，地球重力场是地球的一种基本物理场，重力得到高精度速度和姿态，进而通过

3、滤波得到的速度［1］场测定在很多领域具有重要意义。在捷联式重和姿态提取重力的水平分量，即垂线偏差。最后，对力仪中，惯性测量元件(陀螺仪和加速度计)直接上述模型进行了仿真研究。固连在载体上，通过惯性元件的输出，在计算机中计算载体坐标系和测量参考坐标系(如当地水平2导航与重力测量误差建模指北坐标系)的关系，相当于建立一个数学平台取假设载体在海平面上运行，根据捷联惯导的误代平台式系统中的物理平台。与捷联式惯导系统差方程，其水平方向(比如东向)速度、姿态误差方(strapdowninertialnavigationsystem，SINS)类似，捷［8］程如下:联式重力仪相比平台

4、式重力仪具有重量轻、体积［2］。æ·ö小、能耗低、结构简单、可靠性高等诸多优点δv(t)0－gδv(t)ηg+Δ捷联式重力仪的概念在20世纪末提出之后［3］，受çç÷÷=()()+()(1)·1/Ｒ0ψ(t)εèψ(t)ø到广泛关注，国外多家机构进行了理论研究和样［4］［5］式中，δv(t)、ψ(t)分别为t时刻捷联惯导的东向速机研制，国内也已经研制出了原理样机，并与··国外多型重力仪进行了同机对比测试［6］。在捷联度和姿态角误差;δv(t)、ψ(t)分别为二者的时间式重力仪中，惯性元件不仅可以测量重力信息(结导数;η为重力的东向垂线偏差;Δ、ε分别为惯性元合高精度DG

5、PS信息)，同时也构建了一套完整的件陀螺仪和加速度计的测量误差;g、Ｒ分别为垂向捷联式惯性导航系统，实际上，这是一种融合导航重力和地球半径。与重力测量两种功能的一体化系统。在这种系统假设惯性元件经过高精度标定，Δ、ε表示的剩余中，高精度DGPS不仅可以为重力测量提供精确的误差中仅含有随机噪声，对于军事级惯性元件，经标定［9］定位以及运动加速度信息，还可以与捷联惯导构后，剩余随机噪声的标准差为0.001mg、0.001°/h。［7］垂线偏差是指在大地水准面上正常重力方向与成组合导航系统，通过Kalman滤波等实时估计算法在线修正捷联式惯导系统的导航误差，提高实际重力方向之

6、间的角度，正常重力与实际重力之其位置和姿态精度。姿态精度的提高将会提高水差为重力扰动矢量，大地水准面上重力扰动矢量可［10］以由垂线偏差和重力异常表示:平运动加速度的测量精度，从而进一步提高重力T测量的精度。δg=g－γ=［－γ0η－γ0ξΔg］(2)收稿日期:2013-11-06;修回日期:2014-03-13基金项目:国家自然科学基金(41374018)。作者简介:刘玉红(1982-)，女，山东菏泽人，工程师，硕士，主要从事海洋测量和海图制图研究。38海洋测绘第34卷式中，δg、g、γ、γ0、η、ξ、Δg分别为重力扰动矢量、实验估计、状态后验估计、状态协方差先验估计

7、、状态际重力矢量、正常重力矢量、正常重力矢量的法向分协方差后验估计、滤波增益。将上述滤波算法得到量、东向垂线偏差、北向垂线偏差、重力异常，其中速度误差、姿态角误差等信息代入式(4)可以得到:γ0可以通过正常重力场模型得到，比如1980年国η(k)=(δv(k+1)－δv(k)+gψ(k))/g(15)［11］际正常重力公式。由上式则可以得到实时垂线偏差估计，此估计［1］垂线偏差一般在10″左右，根据式(2)，可以被未建模噪声污染较重，需要进行滤波处理，假设载得到:5″的垂线偏差可以带来0.024mg的水平正常体运行速度为250km/h，则