一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法
2023-06-06 23:09:16 1
專利名稱：一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法
技術領域：
本發明涉及一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法，它詳細提出了適合本系統的實時導航方法，這種方法應用於機載組合導航中，可以有效提高系統精度，屬於航空、航天導航技術領域。
背景技術：
目前，導航系統已經成為艦船、飛機、飛彈、宇宙飛行器、汽車等航行體上必不可少的重要設備。導航所需要的最基本的導航參數就是載體的即時位置、速度和姿態。隨著現代戰爭觸及的領域寬度、深度和高度的急劇擴大，導航技術在現代戰爭中起著越來越重要的地位。為滿足高精度導航的要求，必須採用組合導航技術。眾所周知，慣導是一種完全自主的導航方式，它具有不依賴外界信息，隱蔽性強，機動靈活等優點，但是存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發散，在精度要求較高的情況下，慣導系統不能單獨長時間工作，必須不斷以其他信息加以修正；GPS導航精度高、誤差無積累，但其容易受幹擾和屏蔽、依賴性太強，不適合戰爭實用；都卜勒技術有效的結合了二者的優點，都卜勒技術具有完全自主、隱蔽性的優勢，且長時間測量精度高。對都卜勒和慣性導航系統進行組合， 利用都卜勒測速裝置輸出的高精度的速度測量值對慣導系統進行實時修正，既能實現載體完全自主導航，又能保證長時間高精度導航，增強武器裝備的實用性，這也是目前西方發達國家的主流導航方案。採用慣性導航作為基本導航方式，並在機體上引入都卜勒雷達信息輔助慣導，可以充分利用慣導與都卜勒雷達的互補特性，發揮各自的優點，彌補各自的不足，具體體現在I、將慣導和都卜勒雷達組合使用，通過外速度信息的引入，利用濾波技術進行定位誤差等參數的最優估計，可用來補償捷聯慣導系統隨時間快速發散的高度通道以及隨積分計算不斷積累的速度、位置誤差等，並提高導航系統的定位精度和可靠性；2、在都卜勒雷達信息不理想或發生故障情況下，慣導可以暫時獨立的提供導航信息，並用慣導數據完成自我修正。因而，組合導航系統的誤差要比純慣導系統導航誤差都3、在滿足同樣的精度要求的情況下，加入都卜勒雷達導航信息可以降低對慣導系統的精度要求，大大降低系統成本，並且能夠實現在高動態環境下實時的、高精度的導航定位和姿態計算。現有的技術方案在現有技術中，組合導航的方法在目前的工程實踐中應用較多。由於存在誤差隨時間積累的問題，導航精度隨時間而發散，在精度要求較高的情況下，慣導系統不能單獨長時間工作，必須不斷用其他信息加以修正。都卜勒雷達長時間測量精度高，誤差不隨時間積累，能夠為慣導系統提供相對準確的速度信息。因此，利用都卜勒信息對導航參數進行修正，可以提高現有系統的導航精度。慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合是利用慣導解算出的速度誤差、位置誤差、姿態誤差角、陀螺零偏、加速度計零偏等作為狀態量建立狀態方程；利用慣導與都卜勒雷達在解算出的在導航坐標系下的速度各分量的差值作為量測量建立量測方程。由於速度和位置等信息不是直接從測量元件得到，不能在量測方程中直接反映出姿態誤差角、位置等關係，故必須將姿態誤差角等誤差量都列為狀態量，它們之間的關係在狀態方程中描述。該技術誤差模型不完善，運算速度較快，因而易於實現。現有技術方案存在的問題現有的慣性/都卜勒組合導航在機載應用中有著如下不足之處I.沒考慮都卜勒雷達自身存在的誤差；2.和動態環境、系統精度相關，需針對不同的應用背景專門設計；本發明採用機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統對信息融合方法的研究，即以慣導系統作為主要傳感元件，都卜勒雷達信息輔助慣導，研究慣導系統及都卜勒雷達誤差傳播機理，建立完善的誤差模型，採用卡爾曼濾波方法進行信息融合，通過狀態估計，得到關於導航參數的最優或次優估計。本發明可以適用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統。
發明內容
本發明一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法，它是對慣導與都卜勒雷達進行組合導航，Kalman濾波器可以根據參考信息，對慣導系統和都卜勒雷達系統的誤差進行相互修正。這種組合導航方法分以下步驟來完成設η為導航坐標系，b為載體坐標系。本發明一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法，該方法具體布驟如下步驟一建立慣性器件、都卜勒雷達的誤差模型； a.加速度計誤差方程
權利要求
1. 一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法，其特徵在於 該方法具體布驟如下步驟一建立慣性器件、都卜勒雷達的誤差模型； a.加速度計誤差方程fhVx測量值 fh 測量值 fh_人測量值(I)
全文摘要
一種用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航系統的信息融合方法，它有六大布驟步驟一建立慣性器件、都卜勒雷達的誤差模型；步驟二基於慣性/都卜勒組合導航在機載固定翼飛機上的應用，確定狀態變量；步驟三建立慣性/都卜勒雷達組合導航狀態方程；步驟四建立慣性/都卜勒雷達組合導航量測方程；步驟五將卡爾曼濾波連續系統離散化；步驟六進行Kalman濾波數據融合解算，通過狀態估計，得到關於導航參數的次優估計，採用閉環反饋方式對慣導和都卜勒雷達同時修正。本發明充分利用都卜勒信息與慣導信息，提出了用於機載慣性/都卜勒雷達組合導航的數據融合方案，有效解決了由於誤差模型不完善引起的導航誤差問題，提高了系統的精度。
文檔編號G01S13/86GK102608596SQ20121005004
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者宋來亮, 張春熹, 晁代宏, 王振飛, 王濤 申請人:北京航空航天大學