扩展卡尔曼粒子滤波在SINS大方位失准角对准的应用研讨.pdfVIP

扩展卡尔曼粒子滤波在SINS大方位失准角对准的应用研究 丁杨斌 申功勋 王缜 （北京航空航天大学宇航学院 北京 100083） 摘 要 捷联惯导系统大方位失准角初始对准的误差方程是非线性的，对扩展卡尔曼粒子滤波处 理非线性方程进行了研究，并应用于捷联惯导系统静基座大方位失准角初始对准中，计算机仿 真结果验证了该方法的有效性与优越性。 关键词 扩展卡尔曼粒子滤波 捷联惯导系统 大方位失准角 非线性系统 初始对准 初始对准是捷联惯性导航系统的一项关键技术，对准精度与对准时间是影响整个系统 性能的两个重要指标，捷联惯导系统初始对准的误差模型在小失准角下是线性的，常用卡 尔曼滤波处理；当初始失准角较大时，误差模型是非线性的。将非线性系统线性化后用卡 尔曼滤波是常用的方法，如扩展卡尔曼滤波 （EKF ），但对强非线性系统进行线性化会产生 很大的误差，直接影响滤波精度。扩展卡尔曼粒子滤波依据蒙特卡洛方法，用一定数量的 加权粒子拟和状态向量在状态空间服从的概率密度分布函数，按贝叶斯理论用观测值对加 权粒子的权值进行更新修正，粒子的加权求和作为最优状态估计值，将最优估计值和方差 传递给扩展卡尔曼滤波方程进行处理，从而整体提高了滤波精度，缩短了滤波时间。本文 研究了基于扩展卡尔曼粒子滤波在静基座捷联惯导系统大方位失准角初始对准中的应用。 1大方位失准角下捷联惯导系统误差模型的建立 捷联惯导系统初始对准的目的是通过加速度计和陀螺敏感地球重力g 和地球自转速率 wie 的信息，估算载体坐标系到地理坐标系的变换阵；再精确估计计算地理坐标系与真实地 理坐标系之间很小的失准角，从而建立起准确的初始变换矩阵，使计算地理坐标系与实际 地理坐标系重合。在对准中，地理坐标系（t系）通过三次转动失准角与数学平台坐标系 （p系）重合，转动过程如图 1所示。 z x y 绕 转 t 2 t 绕 t 1 转 绕 转 x y z x y z x y z x y z t t t t 1 t 1 t1 t 2 t 2 t 2 p p p fz fx fy 图1地理坐标系与数学平台坐标系的转动关系 t系到p系的转换矩阵为 cosf cosf sinf sinf sinf cosf sinf sinf sinf cosf cosf sinf p y z x y z y z x y z x y （1） Ct cosfx sinfz cosfx cosfz sinfx sinf cosf sinf cosf sinf sinf sinf sinf cosf cosf cosf cosf y z x y z y z x y z x y t 在捷联惯导系统中，速度误差方程为 V C f df t ,失准角矢量为 p p t T r r r