阅读说明：本技术 一种罗经对准/逆向惯性姿态更新组合的大失准角快速对准方法 (Large misalignment angle fast alignment method of compass alignment/reverse inertial attitude update combination ) 是由 张延顺 孔玲 孙雪 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：一种罗经对准/逆向惯性姿态更新组合的大失准角快速对准方法,包含以下几个步骤：(1)根据精度要求和载体环境,确定重复数据的时间长度和初始时刻的航向姿态角。(2)在数据长度内运行罗经对准,得到数据结束时刻的航向姿态角。相比于初始时刻,数据结束时刻的航向和姿态角误差有所减小。(3)利用时间长度内逆向的惯性传感器数据,从结束时刻航向姿态角逆向回推,得到与初始时刻数据对应的航向与姿态角。(4)以回推获得的姿态角为初始值,重复利用时间长度内的惯性传感器数据,第2次运行罗经对准算法,得到误差更小的航向与姿态角。(5)重复步骤(3)、(4),直到满足罗经对准结束条件。(A big misalignment angle fast alignment method of compass alignment/reverse inertia attitude update combination comprises the following steps: (1) and determining the time length of the repeated data and the course attitude angle at the initial moment according to the precision requirement and the carrier environment. (2) And running compass alignment in the data length to obtain the course attitude angle of the data ending moment. The heading and attitude angle errors at the end of the data are reduced compared to the initial time. (3) And reversely extrapolating the course attitude angle from the ending moment by utilizing the reversed inertial sensor data in the time length to obtain the course and the attitude angle corresponding to the initial moment data. (4) And (4) taking the attitude angle obtained by the back-pushing as an initial value, repeatedly utilizing inertial sensor data in a time length, and operating the compass alignment algorithm for the 2 nd time to obtain the course and the attitude angle with smaller errors. (5) And (5) repeating the steps (3) and (4) until the compass alignment end condition is met.)

一种罗经对准/逆向惯性姿态更新组合的大失准角快速对准 方法

技术领域

本发明涉及一种罗经对准/逆向惯性姿态更新组合的大失准角快速对准方法，结合罗经系统航向随时间收敛和惯性短期姿态更新精度高的特点，重复应用采集的惯性传感器数据，多次进行正向罗经法对准和逆向惯性姿态更新。该方法能在短时间内实现需要较长时间才能达到的罗经对准，提高对准速度。

背景技术

随着人类对海洋资源需求的增加，海洋探测与开发已经成为世界各国大力发展的一项重要任务。而海洋探测与开发中除了探测与作业设备外，装置的导航与定位也是其中必不可少的一个环节。导航的性能对海洋工程的效果有重大影响，因此学者们针对近海岸的地形测绘、目标搜索和其他任务过程中的水下运载体的导航定位开展了研究。其中，对准是制约导航精度的技术瓶颈。特别是在应急入水情况下，无充足时间进行精准对准，导致初始的失准角较大，在导航过程中出现较大的定位误差，因此如何实现水下运载体的大失准角快速对准成为亟待解决的问题。

捷联罗经作为一种动态对准方法，在水下运载体导航中有广泛应用。对准时间是捷联罗经的关键性能参数之一，通常情况捷联罗经的对准时间和对准精度不能兼得。罗经对准分为水平对准和方位对准两个阶段，其中水平对准时间较快、精度较高，而方位对准是制约罗经对准性能的技术瓶颈。传统罗经对准方法的方位误差是收敛的，但随初始失准角增加大，需要更长的收敛时间才能达到相同对准精度。在近海岸水下子运载体、应急入水情况，没有足够的时间和相对稳定的状态用于初始对准。而且应急入水时的初始失准角又较大，这对快速、高精度对准的实现提出了严峻的挑战。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本文在结合罗经算法航向随时间收敛和短期惯性姿态更新精度高的特点，研究重复利用短时间内的惯性测量数据，通过罗经/惯性姿态更新组合的快速罗经对准方法。为大失准角下的快速对准方法应用提供新的解决方案。

本发明的技术解决方案为：一种罗经对准/逆向惯性姿态更新组合的大失准角快速对准方法，其特点在于通过下列步骤实现：

(1)根据精度要求和载体环境，确定重复数据的时间长度和初始时刻的航向姿态角。

(2)在数据长度内运行罗经对准，得到数据结束时刻的航向姿态角。相比于初始时刻，数据结束时刻的航向和姿态角误差有所减小。

(3)利用时间长度内逆向的惯性传感器数据，从结束时刻航向姿态角逆向回推，得到与初始时刻数据对应的航向与姿态角。由于短期内惯性姿态更新误差较小，所以能将经过一段时间收敛后的姿态传到初始时刻，生成新的航向姿态角初始值。与没有逆向运算得到的初始航向姿态角相比，回推所得的初始姿态角更接近真实值，精度更高。

(4)以回推获得的姿态角为初始值，重复利用时间长度内的惯性传感器数据，第2次运行罗经对准算法，得到误差更小的航向与姿态角。

(5)多次重复步骤(3)、(4)，直到满足罗经对准结束条件。

本发明的原理是：首先利用一段时间T内的惯性传感器数据，以为初值进行罗经对准，得到进行罗经计算的同时，存储此段数据(包括陀螺仪和加速度计数据)；然后以始为初始值，应用陀螺仪和加速度计数据逆向进行惯性姿态更新，得到更接近实际初姿态和航向再重复以上计算多次，直到满足应用精度和时间要求。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)根据罗经对准能在动基座下进行对准和惯性姿态更新短期内精度高的特点，综合应用两者进行大失准角的对准，利用算法实现误差收敛，利用逆向惯性姿态更新把收敛后的对准精度传到数据初始时刻。为下次对准误差快速收敛奠定基础。

(2)该方法共进行N次罗经对准运算和(N-1)次逆向惯性姿态更新算法和对准结束条件判断，运行算法耗费时间为T+(N-1)·Δt。通常T选择几十秒的时间，罗经算法占用程序较短，设其利用时间长度为T内的数据进行一次集中连续运算罗经对准、逆向惯性姿态更新和对准结束条件判断的时间为Δt，有Δt远小于T。该方法耗费T+(N-1)·Δt时间，却能获得N·T时间长度数据才能达到的对准精度。也就是说，本发明方法在满足对准精度的同时，能大大缩短对准时间。

附图说明

图1为本发明基于罗经对准/惯性导航的快速对准方法示意图；

图2为本发明罗经对准结束的程序流程；

图3为本发明大失准角下罗经/惯性组合快速对准方法流程图。

具体实施方式

本发明技术解决方案的方法如图1所示，罗经对准结束判断流程如图2所示，完整步骤流程图如图3所示，具体实施步骤如下：

(1)首先，根据精度要求和载体环境，确定重复数据的时间长度为T＝t_m-t₀，其中，初始时刻t₀的姿态角为应急情况下水时误差很大。

(2)然后，从t₀到t_m内运行罗经对准，得到t_m时刻姿态角相比于姿态和航向误差减小。由于选择相对较短的时间长度为T，所以通常也达不到精度要求。需要继续进行罗经对准，至达到精度要求为止。但这样不能满足某些应用未场合对对准的快速性要求。为提高对准速度。本发明提出重复利用这段数据进行下次罗经对准，让姿态航向误差进步减小。

(3)罗经对准是按时间向前推进。进行一次对准后，时间已经到了t_m时刻，而下一次罗经对准需要从t₀时刻开始，所以本文采用逆向惯性姿态更新方法，利用t_m时刻到t₀时刻的逆向惯性传感器数据，将从t_m时刻逆向回推，得到与时刻数据对应的航向与姿态角由于短期内惯性姿态更新误差较小，所以能将经过一段时间收敛后的姿态传到时刻，生成新的姿态航向初始。与相比，与真实值更接近。这样相当于减小了时刻数据对应初始误差。

(4)再以为初始值，重复利用t₀到t_m时间段内的惯性传感器数据，第2次运行罗经对准算法，得到误差更小的

(5)最后，重复步骤(3)、(4)N-1次，直到得到满足对准精度要求的根据应用精度需求作为对准结束的判断依据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。