一种改进的捷联惯导参数辨识初始对准方法.docx

【捷联惯导系统初始对准】捷联惯导（SINS, Strapdown Inertial Navigation System）系统在初始对准阶段分为粗对准和精对准两步。粗对准快速估算载体的大致姿态矩阵，精度较低；精对准则通过更精确的方法估算姿态失准角，以获得更准确的初始姿态信息。参数辨识对准方法是惯导系统精对准的常见技术，基于准静态环境下的误差方程近似，构建姿态误差角的状态模型，通过比力积分获取观测模型，利用递推最小二乘算法辨识初始姿态误差参数。 【参数辨识方法】文献中提出的方法通常不需预设观测误差大小，算法结构简单，计算量小。通过对IMU位置变化的处理，还能实现器件误差的补偿。文献还进一步提出在辨识模型中增加辨识参数和使用比力的双重积分等改进措施，以提高算法适应性和减小线振动影响。 【地球自转影响】在传统捷联惯导参数辨识初始对准算法中，通常忽略地球自转角速度的微小影响，采用一阶泰勒级数展开近似三角函数。然而，这仅适用于短时对准和器件误差小的情况。长时间对准或存在低频线振动的条件下，这种近似可能导致误差累积。 【高阶近似模型】针对这一问题，研究者提出了采用泰勒展开的高阶近似来考虑地球自转角对参数辨识模型的影响，以建立更为精确的模型。在舰船系泊条件下的初始对准，由于载体存在准静态的低频线振动，需要更精确地处理地球自转角速度和载体角速度的关系。 【坐标系和变量】主要涉及的坐标系包括理想的导航坐标系n，实际导航坐标系n'，以及载体坐标系b。变量包括姿态失准角(ϕE, ϕN, ϕU)，角速度(ωiji)，姿态矩阵(C ij)，以及陀螺的刻度系数误差矩阵([δKG])和安装误差矩阵([δG])等。在精对准过程中，目标是精确计算出姿态失准角，以修正姿态矩阵并完成精对准。 【动力学方程】系统的动力学方程描述了姿态失准角随时间的变化，受到地球自转角速度、陀螺误差、载体角运动等多种因素的影响。通过简化这些方程，可以得到如式(5)所示的动态模型，其中包含了时变项wn(t)，表示由载体运动和陀螺误差耦合引起的等效陀螺漂移。 【系统辨识】通过对动力学方程进行拉普拉斯变换，可以得到系统在频域内的行为，进一步进行参数辨识和系统校正。这种方法有助于提升捷联惯导系统的导航精度，尤其在长时间或特殊环境下的初始对准。