CN112378401B - 一种惯导***运动加速度估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种惯性导航***运动加速度估计方法,包括:步骤一、以***方向余弦矩阵中与重力加速度有关的元素和陀螺常值漂移为状态量,方向余弦矩阵微分方程为基础建立卡尔曼滤波状态方程;步骤二、以基于一阶马尔科夫过程的运动加速度模型为基础建立卡尔曼滤波器量测方程;步骤三、对于步骤一建立的卡尔曼滤波状态方程和步骤二建立的卡尔曼滤波器量测方程,进行卡尔曼滤波一步预测和量测更新;步骤四、依据步骤三获得的更新方程提取运动加速度。采用本方法,当无外部参考信息且惯导***不能自对准时,实现了重力加速度与运动加速度解耦,从而实现了对运动加速度的有效估计。
Description
技术领域
本发明属于惯性导航***技术领域,具体涉及一种惯导***运动加速度估计方法。
背景技术
载体运动时,惯导***加速度计同时敏感重力加速度和运动加速度。基于惯导***的载体运动加速度测量,通常利用惯导***自对准能力或者在外部参考信息辅助,计算得到重力加速度在载体系投影,进而将运动加速度从加速度计输出中分离出来。当无外部参考信息且惯导***不能自对准时,如何从加速度计输出中有效的提取运动加速度,具有一定的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种当无外部参考信息且惯导***不能自对准时,可实现对运动加速度的有效估计的惯导***运动加速度估计方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:
一种惯性导航***运动加速度估计方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、以***方向余弦矩阵中与重力加速度有关的元素和陀螺常值漂移为状态量,方向余弦矩阵微分方程为基础建立卡尔曼滤波状态方程;
步骤二、以基于一阶马尔科夫过程的运动加速度模型为基础建立卡尔曼滤波器量测方程;
步骤三、对于步骤一建立的卡尔曼滤波状态方程和步骤二建立的卡尔曼滤波器量测方程,进行卡尔曼滤波一步预测和量测更新;
步骤四、依据步骤三获得的更新方程提取运动加速度。
进一步的:包含如下设定参数:
进一步的:所述步骤一的具体步骤包括:
(1)设计卡尔曼滤波器状态方程
选取状态量
***状态方程为:
(2)对***状态方程离散化处理可得
Xk+1=ΦkXk+GWk
进一步的:所述步骤二的具体步骤包括:
(1)构建运动加速度模型
ak+1=m·ak+ηa
其中,m∈(0,1)为一阶马尔科夫系数;ηa为模型误差;
(2)设计卡尔曼滤波器量测方程
Zk=HXk+Vk
进一步的:所述步骤三的具体步骤包括:
卡尔曼滤波器参数初始值X0=06×1,P0=10I6×6;***状态一步预测方程为:
量测更新方程如下:
其中,
进一步的:所述步骤四的具体步骤包括:
本发明具有的优点和积极效果为:
本发明可用于以惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)为核心器件的运动加速度测量***。载体运动时,惯导***加速度计同时敏感重力加速度和运动加速度。当无外部参考信息且惯导***不能自对准时,通过设计基于运动加速度模型的卡尔曼滤波器,对载体运动加速度进行估计,实现了重力加速度与运动加速度解耦,从而实现了对运动加速度的有效估计。
附图说明
图1为本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种惯性导航***运动加速度估计方法,请参见图1,其发明点为:参数设定为:
步骤一、以***方向余弦矩阵中与重力加速度有关的元素和陀螺常值漂移为状态量,方向余弦矩阵微分方程为基础建立卡尔曼滤波状态方程。具体步骤为:
(1)设计卡尔曼滤波器状态方程
选取状态量
***状态方程为:
(2)对***状态方程离散化处理可得
Xk+1=ΦkXk+GWk
步骤二、以基于一阶马尔科夫过程的运动加速度模型为基础建立卡尔曼滤波器量测方程。具体步骤为:
(1)构建运动加速度模型
ak+1=m·ak+ηa
其中,m∈(0,1)为一阶马尔科夫系数;ηa为模型误差;
(2)设计卡尔曼滤波器量测方程
Zk=HXk+Vk
步骤三、对于步骤一建立的卡尔曼滤波状态方程和步骤二建立的卡尔曼滤波器量测方程,进行卡尔曼滤波一步预测和量测更新。具体步骤为:
卡尔曼滤波器参数初始值X0=06×1,P0=10I6×6;***状态一步预测方程为:
量测更新方程如下:
其中,
步骤四、依据步骤三获得的更新方程提取运动加速度。具体步骤为:
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和图,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的,因此,本发明的范围不局限于实施例和图所公开的内容。
Claims (1)
1.一种惯性导航***运动加速度估计方法,其特征在于:包含如下设定参数:
步骤一、以***方向余弦矩阵中与重力加速度有关的元素和陀螺常值漂移为状态量,方向余弦矩阵微分方程为基础建立卡尔曼滤波状态方程;
步骤二、以基于一阶马尔科夫过程的运动加速度模型为基础建立卡尔曼滤波器量测方程;
步骤三、对于步骤一建立的卡尔曼滤波状态方程和步骤二建立的卡尔曼滤波器量测方程,进行卡尔曼滤波一步预测和量测更新;
步骤四、依据步骤三获得的更新方程提取运动加速度;
所述步骤一的具体步骤包括:
(1)设计卡尔曼滤波器状态方程
选取状态量
***状态方程为:
(2)对***状态方程离散化处理可得
Xk+1=ΦkXk+GWk
所述步骤二的具体步骤包括:
(1)构建运动加速度模型
ak+1=m·ak+ηa
其中,m∈(0,1)为一阶马尔科夫系数;ηa为模型误差;
(2)设计卡尔曼滤波器量测方程
Zk=HXk+Vk
所述步骤三的具体步骤包括:
卡尔曼滤波器参数初始值X0=06×1,P0=10I6×6;***状态一步预测方程为:
量测更新方程如下:
其中,
所述步骤四的具体步骤包括:
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