基于多种矢量视运动分析的抗干扰行进间粗对准方法研究

The coarse alignment process can calculate the large misalignment angle of strapdown inertial navigation system (SINS), and it is of vital importance for navigation process, well coarse alignment methods can shorten the ready time of SINS. Conventional coarse alignment method uses an attitude determination method based on vector observation in the inertial frame. However, this method does not model and analyze the characteristics of vector apparent motion, making the traditional method susceptible to sensor noise and making the coarse alignment method inapplicable to unsteady environment..Based on the previous research, this project intends to further study the characteristics of vector apparent motion, which includes gravity apparent motion vector, velocity apparent motion vector and position apparent motion vector, on the in-motion base with various aided information. Moreover, the strict velocity/location integration algorithm is used to model the vector apparent motion. On the basis of modeling and noise analyzing, the anti-interference dynamic filtering algorithm with robustness and self-adaptability is studied. The research achievements can be applicable to carry out the in-motion coarse alignment when the aided information is influenced or failure in the short interval. The proposed in-motion coarse alignment can be applicable to the engineering field, and make the yaw error converge to the 0.1° in 5 minutes. By the study of this project, it will provide theoretical and technical support for improving the performance of SINS.

粗对准过程可以在大失准角条件下为捷联惯导系统提供粗略的初始姿态，其对捷联惯导系统快速进入导航定位状态至关重要。传统的行进间粗对准采用惯性系坐标变换的矢量定姿方法，但该方法没有对矢量视运动变化特性进行建模与分析，使得传统方法易受辅助传感器异常噪声的影响，降低了粗对准方法的应用范围。.本项目拟在前期研究的基础上，深入研究多种辅助信息条件下矢量视运动在运动基座上的变化特性，包括重力视运动矢量、速度视运动矢量及位置视运动矢量，并利用严格速度/位置积分算法对其进行建模分析。在建模分析的基础上，研究具有鲁棒和自适应能力的广义抗干扰动态滤波算法，解决复杂环境下辅助信息受干扰及短时失效时进行行进间粗对准的难题，实现多信息辅助行进间粗对准工程化应用（在5分钟内实现行进间粗对准航向精度优于0.1°，导航级IMU），为进一步提高捷联惯导系统的性能提供理论和技术支撑。

本项目以车辆、舰船用捷联惯导系统为研究对象，研究复杂环境下多信息辅助捷联惯导动基座对准方法。首先，以载体系速度、导航系速度、导航系位置等信息对辅助信息进行分类，并针对辅助信息的异步特性，结合严格速度/位置积分算法构造多源信息辅助动基座对准矢量观测器；其次，针对复杂环境条件下的对准要求，研究了矢量重构技术、模值匹配技术、广义抗扰滤波技术等鲁棒优化算法，达到动基座对准过程的抗干扰目标；接着，针对快速对准应用要求，在传统正逆向平滑对准的基础上提出正向正向回溯对准方法，实现快速对准过程；最后，在多平台、多区域环境下进行系统验证，实现了MEMS惯导动基座对准、极区动基座对准等，并通过构建实验验证项目研究方法的有效性。.通过本项目研究方法，凝练适用于多种辅助信息条件下的矢量观测器构造、矢量视运动建模及重构的理论、技术和方法，为SINS发展提供新的技术支撑。研究方法可以实现5分钟动基座对准航向误差小于0.1°的性能指标。通过对研究方法的总结与凝练，共发表学术论文24篇，授权发明专利8项，登记软件著作权3件，培养博士研究生1人，硕士研究生4人。