基于欧拉角微分模型的捷联惯导直接非线性对准方法.pdf

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1、第24卷第3期传感技术学报V01．24No．32011年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2011SINSDirectNonlinearAlignmentAlgorithmBasedonEulerAngleDifferentialModelrANGPengxiang，QINYongyuan，ZHOUQi，ZHAOChangshan(DepartmentofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Animprov

2、edStrap—downInertialNavigationSystem(SINS)nonlinearfilteringalignmentmethodbasedonEulerattitudeangledifferentialequationswaspresented．Differentfromtraditionalnonlinearfilteralignment，thedynamicmodelstatesdirectlycontainedEulerattitudeangles，butattitudeerrorangles．Consideringtheconstra

3、intofzero—velocityonstaticbase，thesimplifiednonlinearmodelwasderived，whichreducesthecomputation；meanwhile，byconsiderationofthecomplexityadditivesystemnoise，andthefeatureofsystemequationnonlinearbutmeasureequationlinear，asimplifiedUKFwasproposedhere，whichassuredthecomputationconsistent

4、withtraditionalUKFbeforestatesaugment．Subsequently，MATLABsimulationswerecarriedout，inordertoevaluatethealignmentprecisionoftraditionalnonlinearalignmentmethodandthedirectnonlinearalignmentalgorithmproposedhere，theresultsshowedthevalidityofthissimplifiednonlinearmodelandtheimprovedUKF．

5、Finally，acertainnumberofengineeringsuggestionsweregivenoutforhowtoimprovethenonlinearalignmentaccuracyandconvergencespeed．Keywords：INS；nonlinear；initialalignment；Eulerangle；UKFEEACC：633Odoi：1O．3969／j．issn．1004-1699．2011．03．015基于欧拉角微分模型的捷联惯导直接非线性对准方法术杨鹏翔，秦永元，周琪，赵长山(西北工业大学自动化学院，西安710072

6、)摘要：从捷联惯性导航系统欧拉姿态角非线性微分方程出发，利用静态对准零速度约束条件研究了由姿态角、速度输出和传感器误差组成的直接非线性对准简化模型；同时，结合该对准模型系统方程非线性、量测方程线性的特点，对状态与系统噪声联合采样的复杂加性噪声UKF算法进行简化，实现状态扩维后计算量不增加。随后，通过MATLAB仿真对传统欧拉误差角模型的非线性对准方法和直接非线性对准方法进行比较，验证了简化直接非线性对准模型及简化UKF算法的有效性。最终，针对如何提高非线性对准精度和收敛速度，提出了若干工程化建议。关键词：惯性导航；非线性；初始对准；欧拉角；UKF中图分类号：V24

7、9．3文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)03-0386-06研究系统误差模型¨和相应的滤波算法个为大失准角(>5。)时，姿态角误差模型呈非线性，向来是解决捷联惯性导航系统(Strap—downInertial此时需要有针对性地研究非线性误差模型及相应滤NavigationSystem，SINS)初始对准姿态估计的基本波算法。文献[9—10]针对大方位失准角情况，借助思路。小角度SINS角误差模型为线性误差模型，过渡游移方位水平坐标系，将大方位失准角的正弦采用常规卡尔曼滤波(KalmanFiltering，KF)对准即和余弦作为滤波所要的状态量，

8、而不是将状