一种捷联式惯导系统的初始对准方法、装置及电子设备与流程

本说明书实施例涉及惯性导航，尤其涉及一种捷联式惯导系统的初始对准方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、自主式水下机器人等装备的自主航行离不开导航系统。导航系统总类繁多，其中，惯性导航是一种基于牛顿经典力学的自主式导航方式，其通过惯性传感器测量载体的加速度和角速度，并利用积分等方法计算载体的位置、速度和姿态。

2、惯性导航系统可分为平台式惯导系统与捷联式惯导系统(strapdown inertialnavigation system，sins)。其中，平台式惯导系统的惯性元件(陀螺和加速度计)被安装在一物理平台上，利用陀螺通过伺服电机驱动稳定平台，使其始终模拟一个空间直角坐标系作为载体坐标系。sins则没有实体平台，其惯性元件直接安装在载体上，由计算机解算出数字平台。在sins中，导航工作的初始对准是通过初始的姿态矩阵(方向余弦矩阵)信息来确定系统的初始指向。惯导系统上电启动时，其载体坐标系相对于参考导航坐标系的各轴指向精确度低，甚至完全未知，无法立即进入导航状态，因此必须先确定载体坐标系相对于导航坐标系的空间方位，包括进行导航解算时所必须的初始位置、初始速度和初始姿态等参数。初始对准误差会在导航解算的过程中累加，直接影响到惯导系统的性能。因此，需要严格控制初始对准误差并确保其处在规定范围内。

技术实现思路

1、有鉴于此，本说明书实施例提供了一种捷联式惯导系统的初始对准方法、装置及电子设备，用于解决现有技术中捷联式惯导系统的初始对准算法无法抵抗角晃动和线运动干扰的问题。

2、本说明书实施例采用下述技术方案：

3、本说明书实施例提供一种捷联式惯导系统的初始对准方法，包括：

4、将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量输入第一微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述b系从初始时刻至当前时刻的第一变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，i系为地心惯性坐标系，b系为载体坐标系；

5、将i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量输入第二微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述n系从初始时刻至当前时刻的第二变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，n系为导航坐标系；

6、分别对所述第一变化特征和相对于b系的比力测量值进行滤波和时域处理，得到第一状态向量，对所述第二变化特征和相对于n系的重力矢量进行滤波和时域处理，得到第二状态向量；

7、利用所述第一状态向量和所述第二状态向量确定初始姿态特征；

8、根据所述第一变化特征、所述第二变化特征和所述初始姿态特征进行捷联式惯导系统的初始对准。

9、本说明书实施例还提供一种捷联式惯导系统的初始对准装置，包括：

10、第一获取模块，将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量输入第一微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述b系从初始时刻至当前时刻的第一变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，i系为地心惯性坐标系，b系为载体坐标系；

11、第二获取模块，将i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量输入第二微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述n系从初始时刻至当前时刻的第二变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，n系为导航坐标系；

12、滤波和时域处理模块，分别对所述第一变化特征和相对于b系的比力测量值进行滤波和时域处理，得到第一状态向量，对所述第二变化特征和相对于n系的重力矢量进行滤波和时域处理，得到第二状态向量；

13、确定模块，利用所述第一状态向量和所述第二状态向量确定初始姿态特征；

14、初始对准模块，根据所述第一变化特征、所述第二变化特征和所述初始姿态特征进行捷联式惯导系统的初始对准。

15、本说明书实施例还提供一种电子设备，包括至少一个处理器及存储器，存储器存储有程序，并且被配置成至少一个处理器执行以下步骤：

16、将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量输入第一微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述b系从初始时刻至当前时刻的第一变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，i系为地心惯性坐标系，b系为载体坐标系；

17、将i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量输入第二微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述n系从初始时刻至当前时刻的第二变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，其中，n系为导航坐标系；

18、分别对所述第一变化特征和相对于b系的比力测量值进行滤波和时域处理，得到第一状态向量，对所述第二变化特征和相对于n系的重力矢量进行滤波和时域处理，得到第二状态向量；

19、利用所述第一状态向量和所述第二状态向量确定初始姿态特征；

20、根据所述第一变化特征、所述第二变化特征和所述初始姿态特征进行捷联式惯导系统的初始对准。

21、本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

22、通过将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量和i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量分别输入第一微分方程和第二微分方程，得到第一变化特征和第二变化特征，再分别进行滤波和时域处理，根据处理得到的第一状态向量和第二状态向量确定初始姿态特征，进而再根据该初始状态特征、第一变化特征和第二变化特征，进行捷联式惯导系统的初始对准。

23、这样，通过利用惯性坐标系下的重力加速度以及姿态更新来实现初始对准，受晃动干扰的影响小，不受误差模型以及滤波参数的限制，利用频域和时域的处理方法实现算法的抗线运动干扰，而且这种方法不受误差模型以及滤波参数的限制，系统鲁棒性较好。对比常规的wahba对准方法来说，该方法可以抵抗线运动的干扰，对准精度更高，初始对准时间更短，并且在方位角进行较大的变化时表现最好，初始对准结束时误差最小。

技术特征：

1.一种捷联式惯导系统的初始对准方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量输入第一微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述b系从初始时刻至当前时刻的第一变化特征，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量输入第二微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于所述n系从初始时刻至当前时刻的第二变化特征，所述初始的姿态矩阵使用四元数代替，包括：

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述第一变化特征和相对于b系的比力测量值进行滤波和时域处理，得到第一状态向量，包括：

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述第二变化特征和相对于n系的重力矢量进行滤波和时域处理，得到第二状态向量，包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用所述第一状态向量和所述第二状态向量确定初始姿态特征，包括：

9.如权利要求8所述的方法，根据所述第一变化特征、所述第二变化特征和所述初始姿态特征进行捷联式惯导系统的初始对准，包括：

10.一种捷联式惯导系统的初始对准装置，其特征在于，所述装置包括：

11.一种电子设备，包括至少一个处理器及存储器，存储器存储有程序，并且被配置成至少一个处理器执行以下步骤：

技术总结本说明书实施例公开了一种捷联式惯导系统的初始对准方法、装置及电子设备，将i系下的b系相对i系的旋转角速度矢量输入第一微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于b系从初始时刻至当前时刻的第一变化特征；将i系下的n系相对i系的旋转角速度矢量输入第二微分方程，获取初始的姿态矩阵相对于n系从初始时刻至当前时刻的第二变化特征；对第一变化特征和相对于b系的比力测量值进行滤波和时域处理，得到第一状态向量，对第二变化特征和相对于n系的重力矢量进行滤波和时域处理，得到第二状态向量；利用第一状态向量和第二状态向量确定初始姿态特征；根据第一变化特征、第二变化特征和初始姿态特征进行捷联式惯导系统的初始对准。技术研发人员：于永斋受保护的技术使用者：武汉光旭科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25