Improved fast alignment method of strapdown INS using bidirectional processes and denoising

Qin F J , Li A , Xu J N . Improved fast alignment method of strapdown INS using bidirectional processes and denoising[J]. Zhongguo Guanxing Jishu Xuebao/Journal of Chinese Inertial Technology, 2014, 22(4):453-458.

基于正逆向与降噪的捷联惯导改进快速对准方法

海军工程大学、许江宁老师
摘要见原文

0、介绍

在捷联惯导系统开始导航之前,必须需要一个对准阶段来确定初始姿态,这个对准阶段是非常重要的,因为INS的表现大部分取决于对准的精度和速度。……。为了解决对准问题,对准方法中的两个策略被主要使用,即罗经对准方法和状态估计对准方法[6-13]。经典的罗经对准方法可以实现快速对准(大约10min)。但是,它不能估计陀螺和加速度计的偏置,也不能消除惯性器件噪声的影响。状态估计方法(如KF、EKF和UKF)能估计……,也能消除……,但是在短时间无法收敛。

文献[6]提出了一个很smart的快速对准方法来得到姿态阵,通过反复正向逆向使用已保存的IMU数据序列。这种方法的主要流程是:首先,保存陀螺和加速度计的所有输出(当导航计算机以正常方法进行正向解算时);然后,从这段序列的尾部向开头方向逆向重复一次解算。这种方法可以被看做第三种对准方法(在本文中我们将这种思路称为双向过程)。文献[6]中页采用了KF在惯性系下来修正陀螺和加速度计的误差。

经过仔细的研究,我们发现双向过程(其中,逆向过程的公式)的关系并不严谨,它只是在短时间内低动态情况下的一种近似。因此,本文提出了逆向过程的一个修改后的公式,并且给出了正向过程和逆向过程的一种新的关系。考虑到我们的目标是要设计一种具有可接受精度的快速对准方法,并基于KF无法在短时间内估计出偏置的事实(尤其是陀螺的北向偏置)。我们提出了一种改进的陀螺罗盘对准方法,该方法通过双向过程进行混合hybridized以实现快速对准。与Kalman滤波器不同,传统的陀螺罗盘对准方法无法消除陀螺仪或加速度计的噪声影响,这对对准精度有害。尤其是FOG的角度随机游走误差会降低方位角精度[16]。为了实现高精度对准,应采用某种去噪方法。小波变换具有对各种信号进行局部分析的重要能力,特别是对于离线数据,因此已被用于处理FOG信号[17-20]。文献[17]提出一种用于对准中的小波降噪方法,该方法被应用于导航级惯性测量单元(LTN90-100)。结果表明,……。在文献[18]中,小波和艾伦方差一起被用来建模惯性传感器的随机误差。在实际应用环境中,迫切需要消除传感器输出的不确定干扰。因此,本文采用自适应模糊小波方法[13]来减少惯性传感器在双向过程中的离线噪声。

Ⅰ、问题陈述

Ⅱ、重新推导SINS的逆向过程

Ⅲ、改进后的双向过程罗精对准

考虑到我们的目标是设计一种具有合理精度的非常快速的对准方法,本文针对使用双向过程和惯性传感器去噪的捷联惯导系统改进的快速陀螺罗盘对准方法如下:

STEP 1:导航计算机使用FOG和加速度计的输出以正常方式开始罗经对准,同时保存了一部分惯性传感器输出;
STEP 2:保存的IMU数据序列被反转,然后数据序列进行降噪处理;
STEP 3:导航计算机开始进行逆向过程的罗经对准,使用反转的降噪处理后的IMU数据序列。
STEP 4:将反转的降噪处理后的序列再次反转,恢复正向序列;
STEP 5:再次进行正向的罗经对准;
STEP 6:重复几次,得到pitch,roll,yaw。

Ⅳ、实验结果

Ⅴ、主要结论

你可能感兴趣的:(▶,原滋原味读论文)