太阳城集团

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一种基于2DHMM/KF预滤波器的系泊对准方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201310563138.8

申请日:

2013.11.14

公开号:

太阳城集团CN103630134A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01C 21/16申请公布日:20140312|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 21/16申请日:20131114|||公开
IPC分类号: G01C21/16; G01C21/20 主分类号: G01C21/16
申请人: 哈尔滨工程大学
发明人: 孙枫; 夏健钟; 杨晓龙; 李敬春; 阮双双; 赵维珩; 刘适; 徐文佳
地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201310563138.8

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2016.12.21|||2014.05.21|||2014.03.12

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种基于2D-HMM/KF预滤波器的系泊对准方法,步骤包括:将光纤陀螺捷联惯导系统安装于载体上,对系统进行预热,然后采集光纤陀螺和加速度计输出数据;构建惯性器件2D-HMM模型并结合卡尔曼滤波设计2D-HMM/KF滤波器;将采集到的光纤陀螺和加速度计数据通过滤波器进行预处理;设计基于惯性系的系泊对准方法,提取出惯性系下低频的重力矢量太阳城集团;将滤波后的光纤陀螺和加速度计数据输入至惯性系对准算法计算出载体姿态,完成初始对准过程。本发明可以有效降低系泊环境下载体受到的高频噪声,增强了系统的抗干扰能力,在不需要外界太阳城集团辅助的情况下实现快速精确的系泊自对准。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于2D-HMM/KF预滤波器的系泊对准方法,其特征在于,它由以下步骤实现:
步骤一:将光纤陀螺捷联惯导系统安装于载体上,对系统进行预热,然后采集光纤陀螺和加速度计输出数据;
步骤二:构建惯性器件2D-HMM模型并结合卡尔曼滤波设计2D-HMM/KF滤波器;
步骤三:将采集到的光纤陀螺和加速度计数据通过滤波器进行预处理;
步骤四:设计基于惯性系的系泊对准方法,提取出惯性系下低频的重力矢量太阳城集团;
步骤五:将滤波后的光纤陀螺和加速度计数据输入至惯性系对准算法计算出载体姿态,完成初始对准过程。

2.  如权利要求1所述的一种基于2D-HMM/KF预滤波器的系泊对准方法,其特征在于,在所述步骤二中,惯性器件2D-HMM模型可表示为:
Xk+1=FXk+ξkZk+1=HXk+vk]]>
其中,X为状态向量,Z为观测向量,F为状态转移矩阵,H为观测矩阵,ξk为系统噪声向量,vk为量测噪声向量,X∈RN,Z∈RM,Σi=1NΣj=1NFij=1,]]>Σi=1MΣj=1MHij=1,]]>且Fij,Hij>0;
依据惯性器件的输出特征,状态模型和观测模型可以表示成以下形式:
xk+1xk=F11F12F21F22xkxk-1+ξk]]>
zk+1zk=H11H12H21H22xkxk-1+vk]]>
式中,状态变量x为惯性器件的滤波估值,观测量z表示为惯性器件的原始输出,系统噪声ξk和量测噪声vk皆为零均值的白噪声,满足:
E[ξk]=0,Cov[ξk,ξj]=E[ξkξjT]=QkδkjE[vk]=0,Cov[vk,vj]=E[vkvjT]=RkδkjCov[ξkvj]=E[ξkvjT]=0.]]>

3.  如权利要求1所述的一种基于2D-HMM/KF的捷联惯导系统系泊对准方法,其特征在于,在所述步骤二中,2D-HMM/KF滤波器的滤
波方程为:X^k/k-1=Fk,k-1X^k-1X^k=X^k/k-1+Koff(Zk-HkX^k/k-1)]]>
其中,分别为k-1和k时刻滤波估值,为k时刻预测状态向量,Zk为k时刻观测值,Fk,k-1为一步转移矩阵,Hk为量测阵,Koff为滤波增益;
Koff的计算过程如下:
Pk-1-1=Pk-1/k-2-1+Hk-1TRk-1-1Hk-1Pk/k-1=Fk/k-1Pk-1Fk/k-1T+Qk-1Koff=Pk/k-1HkT(HkPk/k-1HkT+Rk)-1]]>
其中,Pk为估计均方误差,Pk/k-1为一步预测均方误差,Qk系统噪声方差阵,Rk为量测噪声方差阵。

4.  如权利要求1所述的一种基于2D-HMM/KF的捷联惯导系统系泊对准方法,其特征在于,在所述步骤四中,
选取东北天(ENU)地理坐标系为导航坐标系(n系),定义初始 时刻t0时刻的载体坐标系为载体惯性坐标系ib0系;
载体姿态矩阵可由下式计算得到:
Cbn=CinCib0iCbib0]]>
其中,b系为载体坐标系,f系为惯性系,为载体坐标系到载体惯性坐标系的转换矩阵,可由陀螺输出利用四元素法实时更新得到:
C·bib0=Cbib0Ωib0bb]]>
式中,的反对称矩阵,为载体坐标系相对于载体惯性坐标系的角速度在载体系下的投影;
矩阵可根据载体所在位置的经纬度太阳城集团以及太阳城集团间隔计算得到:

其中,λ为当地经度,为当地纬度,ωie为地球自转角速率,Δt为太阳城集团间隔;
的计算方法如下:
建立[t0,tk1]和[t0,tk2]两个区间内重力矢量的积分和作为参考矢量建立ib0系与i系之间的转换关系:
Ciib0=(Vtk1i)T(Vtk2i)T(Vtk1i×Vtk2i)T-1(V^tk1ib0)T(V^tk2ib0)T(V^tk1ib0×V^tk2ib0)T]]>
其中,重力矢量积分Vi和可以表示为:
Vtki=∫t0tkgidt=gCni∫t0tkgndtV^tkib0=∫t0tkf~bdt=Ciib0∫t0tkCnigndt+∫t0tkCbib0δabdt]]>
其中,gn为导航系下的重力矢量,δαb为载体晃动引起的周期性干扰线加速度。

5.  如权利要求1所述的一种基于2D-HMM/KF的捷联惯导系统系泊对准方法,其特征在于,在所述步骤五中,
通过步骤四获得载体姿态矩阵将姿态矩阵表示成以下形式:
Cbn=C11C12C13C21C22C23C31C32C33]]>
则根据可以得到载体姿态,即纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ的主值如下:
θ主=sin-1(C32)


根据纵摇角(-90°,90°)、横摇角(-90°,90°)和航向角(-180°,180°)的定义域限制,由主值确定真值的公式如下:
θ=θ主γ=γ主

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一种 基于 DHMM KF 滤波器 系泊 对准 方法
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