一种新的SINS初始对准方法

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1、一种新的捷联惯导系统初始对准方法李东明，谈振藩，郝颖（哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001）摘要：传统的惯导系统误差模型的观测方程以速度误差作为观测量，系统状态的可观测性决定了方位失准角的估计收敛速度慢、精度低。本文提出了一种基于多天线GPS载波相位测量的捷联惯导系统静基座初始对准方法，给出了观测方程的详细推导过程，该观测方程中三个失准角均直接可观。本文最后给出了卡尔曼滤波仿真结果，结果表明，该方法极大改善了捷联惯导系统静基座初始对准中方位失准角的估计收敛速度和精度。关键词：捷联惯导系统；初始对

2、准；卡尔曼滤波；多天线GPS；载波相位中图分类号：U666.12文献标识码：AANewMethodofInitialAlignmentforSINSLIDong-ming,TANZhen-fan,HAOYing(AutomationCollege,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Theobservationequationofinertialnavigationsystemtraditionalerrormodeltakes

3、velocityerrorastheobserver.Theobservabilityofthismethodresultsintheslowconvergencespeedandthelowprecisionoftheazimuthmisalignmentestimation.Anewmethodofinitialalignmentaidedbymulti-antennasGPScarrierphasemeasurementforSINSonstationarybaseisproposedinthis

4、paper.Theprocessofdeducingthenewobservationmodelispresented.InthenewobservationmodeltheangularmisalignmentsaredirectlyobservableThismethodisevaluatedbyKalmanfiltersimulation.Thesimulationresultsindicatethatthenewmethodgreatlyimprovedtheconvergencespeedan

5、dtheprecisionoftheazimuthmisalignmentestimationforSINSinitialalignmentonstationarybase.Keywords:SINS;initialalignment;Kalmanfilter;multi-antennasGPS;carrierphase1前言初始对准是惯性导航系统的关键技术之一，对于捷联惯导系统（SINS）初始对准的主要任务是尽可能精确地估计初始失准角并予以补偿。对准时间和精度是初始对准的重要技术指标。但在静基座情况下

6、，以速度误差作为量测信息的卡尔曼滤波方法使方位失准角受系统可观测性的影响，其估计收敛速度慢、精度低，进而影响了初始对准的快速性和精度。关于初始对准的研究大都围绕解决方位失准角的估计速度和精度这两个问题展开。文献[1]提出了两种方法，一种是快速初始对准方法，利用ψ和ψ的稳态估计值直接NE估计ψ，从而加快ψ的估计收敛速度；一种是多位置初始对准方法，通过改变捷联惯导系统的初始位置DD改善系统的可观测性，从而提高ψ的估计精度。文献[2]在合理简化惯导系统误差模型的基础上，仅利用ψDE的稳态估计值直接估计ψ，并将

7、这种快速初始对准方法与多位置初始对准方法同时应用，使ψˆ的收敛速DD度和精度同时得到改善。本文利用多天线GPS载波相位测量辅助捷联惯导系统进行初始对准，提出一种观测方程中失准角直接可观的初始对准方法，进一步提高捷联惯导系统静基座初始对准的速度和精度。2传统的捷联惯导系统误差模型[1]以真实地理坐标系t系，即东北天坐标系为导航坐标系，采用惯导系统φ角误差模型，可得捷联惯导系统静基座条件下初始对准状态方程为⎡⎤XX"()tt⎡⎤FTW@⎡⎤()⎡′()t⎤aai⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥??=+?@?????=A

8、X()tt+W()(1)⎢⎥⎢⎥⎢⎥i⎢⎥X"()t⎢⎥00@⎢⎥X()t⎢0⎥⎣⎦b⎣⎦55××55⎣⎦b⎣51×⎦TT式(1)中，状态矢量X()[tvv=δδφφφ]，X()[t=∇∇εεε]，下标E、N、U代表导航坐标aENENUbxyxyz系中的东北天分量，下标x、y、z代表载体坐标系中的分量；系统噪声W()t为服从N(0,)Q的高斯白噪T声，W′()[twwwww=]为加速度计误差和陀螺漂移中的白噪声成分；F和T代表的内容如下：δ