一种长航时惯导系统进行状态切换的方法

摘要

本发明提供一种长航时惯导系统进行状态切换的方法，包括如下步骤：步骤一、根据状态切换依据判断惯导系统是否应进行状态切换，所述状态切换依据如式(6)所示；其中，为当前时刻惯导系统的速度解算值，w为设定的窗口宽度，Δvth为设定阈值，当满足(6)式时，令惯导系统工作在无阻尼状态，否则令惯导系统工作在阻尼状态；步骤二、若步骤一判断需要进行状态切换，则惯导系统进行状态切换并对系统的动态超调进行补偿。本发明通过阻尼状态下决定超调误差大小是由速度变化量决定这一结论设定状态切换依据，通过设定的依据实现状态切换的判断，本发明可以有效避免错误的状态切换，且切换后的动态超调误差明显削弱，改善了惯导系统的性能。

权利要求

1.一种长航时惯导系统进行状态切换的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、根据状态切换依据判断惯导系统是否应进行状态切换，所述状态切换依据如式(1)所示；

其中， 为当前时刻惯导系统的速度解算值，w为设定的窗口宽度，Δvth为设定阈值，当满足(1)式时，令惯导系统工作在无阻尼状态，否则令惯导系统工作在阻尼状态；

步骤二、若步骤一判断需要进行状态切换，则惯导系统进行状态切换并对系统的动态超调进行补偿。

说明书

一种长航时惯导系统进行状态切换的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种长航时惯导系统进行状态切换的方法，适用于各类惯性导航系统，属于惯导技术领域。

背景技术

[0002] 惯导系统为一临界稳定系统，受加表，陀螺误差等影响，惯导系统的输出中存在振荡误差，为了对振荡误差进行抑制，需要在惯导系统中引入阻尼。而阻尼的引入又破坏了惯导系统原有的舒拉调谐条件，使得载体加速度对失准角产生影响。为了避免这一不利影响，惯导系统需要在无阻尼及阻尼状态间进行切换，当载体处于静态时，惯导系统工作在阻尼状态从而对振荡误差进行抑制，当载体进行机动时，需将惯导系统切换至无阻尼状态，从而避免引起载体机动造成的误差。

[0003] 当惯导系统由无阻尼切换到阻尼状态时，会产生超调误差，降低惯导系统的性能，实际使用中需要对该超调误差进行补偿。

[0004] 尽管状态切换超调可以在某种程度上进行补偿，然而要做到从根本上消除该误差仍是不可能的。因此设计合理的状态切换依据从而对阻尼造成的各种超调误差进行有效控制仍然是必要的。传统状态切换依据直接根据载体加速度对状态进行判断，这种切换依据缺乏合理性，且易受外界随机干扰信号的影响，造成惯导系统频繁进行状态切换，引起较大的超调误差。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了克服已有技术存在的不足，提出一种长航时惯导系统进行状态切换的方法。

[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的

[0007] 一种长航时惯导系统进行状态切换的方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤一、根据状态切换依据判断惯导系统是否应进行状态切换，所述状态切换依据如式(6)所示；

[0009]

[0010] 其中， 为当前时刻惯导系统的速度解算值，w为设定的窗口宽度，Δvth为设定阈值，当满足(6)式时，令惯导系统工作在无阻尼状态，否则令惯导系统工作在阻尼状态；

[0011] 步骤二、若步骤一判断不需要进行状态切换，则一直持续步骤一的操作；若步骤一判断需要进行状态切换，则惯导系统进行状态切换并对系统的动态超调进行补偿。

[0012] 有益效果：

[0013] 本发明通过阻尼状态下决定超调误差大小是由速度变化量决定这一结论设定状态切换依据，通过设定的依据实现状态切换的判断，与已有的状态切换方法相比，本发明可以有效避免错误的状态切换，且切换后的动态超调误差明显削弱，改善了惯导系统的性能。

附图说明

[0014] 图1为本发明一种长航时惯导系统进行状态切换的方法的流程图；

[0015] 图2为本发明的具体实施例中第一种机动情况下，两种切换依据的效果比较示意图；

[0016] 图3为本发明的具体实施例中第二种机动情况下，两种切换依据的效果比较示意图；

[0017] 图4为本发明的具体实施例中北向回路状态切换超调补偿方案示意图；

[0018] 图5为本发明的具体实施例中北向失准角状态切换超调补偿效果示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0020] 本发明的基本原理是：根据窗口检测的载体速度变化量判断惯导系统是否需要进行状态切换，当该速度变化量大于所设置的阈值时，令惯导系统工作在无阻尼状态，当该速度变化量小于所设置的阈值时，令惯导系统工作在阻尼状态，当惯导系统由无阻尼切换至阻尼状态时，会产生由切换时刻的速度解算值决定的动态超调，根据本发明的方案对该超调进行补偿。本发明的实施例中，惯导系统三个加表的零偏均为50μg，随机噪声标准差为10μg；三个陀螺的零偏均为0.1°/h，随机噪声标准差为0.01°/h。

[0021] 本发明一种长航时惯导系统进行状态切换的方法，具体过程如下：

[0022] 步骤一、根据状态切换依据判断惯导系统是否应进行状态切换，所述状态切换依据如式(6)所示；

[0023]

[0024] 当满足(6)式时，令惯导系统工作在无阻尼状态，否则令惯导系统工作在阻尼状态；

[0025] 状态切换依据设计过程如下：

[0026] 阻尼状态下，由载体机动造成的失准角超调过程为

[0027]

[0028] 由(1)式可得

[0029]

[0030] 通常情况下，载体主动机动持续时间相对于84.4分钟的舒拉周期为一小量，因此可将加速度输入看作一脉冲输入信号，则有

[0031]

[0032] 其中，

[0033]

[0034] t1，t2分别为载体机动的起始和终止时刻，则Δv即为载体机动造成的速度变化量，将(4)式带入(3)式可得

[0035]

[0036] (5)式表明阻尼状态下决定超调误差大小的并不是载体的瞬时加速度而是一段时间内的加速度积分值，即速度变化量。因而传统的以加速度阈值作为状态切换依据的判别方法不仅欠缺合理性，且该传统判据易受随机误差的影响，造成状态误判，使得惯导频繁进行状态切换，引起较大的超调误差。

[0037] 根据以上理论分析，本发明提出一种基于窗口检测的载体速度变化量状态切换依据，用公式描述为：

[0038]

[0039] 当满足(6)式时，令惯导系统工作在无阻尼状态，否则令惯导系统工作在阻尼状态。

[0040] 具体实施例一主要对载体进行长时间弱机动情况下，本发明的状态切换依据效果进行验证。载体初始速度为0，惯导系统保持在阻尼状态，5h时，载体开始以0.05m/s2的东向加速度进行机动，持续100s，随后载体保持匀速直线运动。采用本发明的状态切换依据和采用传统状态切换依据时的北向失准角曲线示意图如图2所示，图中黑线为无阻尼情况下的北向失准角曲线，蓝线表示采用传统状态切换依据时的北向失准角曲线，绿线为采用本发明的状态切换依据时的北向失准角曲线。图2表明载体进行长时间弱机动时，传统状态切换依据由于没有感受到较大的加速度而无法做出正确的判断，而本发明的状态切换依据可以做出正确的判断。

[0041] 具体实施例二主要对载体受外界干扰产生短暂的较强的机动运动情况下，本发明的状态切换依据效果进行验证。载体初始速度为0，惯导系统保持在阻尼状态，5h时，载体以0.2m/s2的东向加速度进行2s的短暂机动，而后载体又以0.2m/s2的西向加速度进行2s的短暂机动，这一机动过程粗略模仿了载体受到瞬时干扰时的机动运动过程。采用本发明的状态切换依据和采用传统状态切换依据时的北向失准角曲线示意图如图3所示，图中黑线为无阻尼情况下的北向失准角曲线，蓝线表示采用传统状态切换依据时的北向失准角曲线，绿线为采用本发明的状态切换依据时的北向失准角曲线。图3表明载体受外界干扰产生短暂的较强的机动运动时，传统状态切换依据由于感受到较大的加速度而做出了错误的判断，而本发明的状态切换依据可以做出正确的判断。

[0042] 步骤二、若步骤一判断需要进行状态切换时，惯导系统进行状态切换并对系统的动态超调进行补偿。

[0043] 本发明的补偿方案如图4所示。相比于无补偿时，本发明在a点引入了-vcx1，具体补偿原理如下：

[0044] 补偿前，北向失准角的超调过程为：

[0045]

[0046] 补偿后，北向失准角的超调过程为：

[0047]

[0048] 对比(7)式和(8)式可见本方法可以对切换时刻惯导解算速度造成的超调进行补偿。对载体分别以0，5m/s及10m/s的西向速度匀速航行这三种情况进行考察。

[0049] 具体实施例三主要对本发明所设计的状态切换超调补偿方法的效果进行测试。北向失准角状态切换超调补偿效果如图5所示，其中黑色细实线表示无阻尼情况下的北向失准角曲线；点划线，点线和虚线表示阻尼状态下，载体速度分别为0，5m/s和10m/s时的北向失准角曲线；同一种载体速度下，补偿前的结果用粗线表示，补偿后的结果用细线表示。由于曲线比较密集，为了更好地显示补偿效果，图5中还给出了局部放大图，局部放大图中没有绘制无阻尼曲线。图5中三条细线几乎完全重合，说明采用本发明的方法进行补偿后，状态切换造成的超调不再与载体速度有关，此外，由图5可以看出本发明的方法可以对状态切换超调进行补偿且切换时刻的载体速度越大，对超调的补偿作用也越显著。

[0050] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。