《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》是哈爾濱工程大學於2012年4月16日申請的專利，該專利的申請號為2012101108955，公布號為CN102853833A，授權公布日為2013年1月2日，發明人是徐博、高偉、周廣濤、奔粵陽、盧寶峰、吳磊、程建華、陳世同、於強、高洪濤。
《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》包括步驟一：捷聯慣導系統進行預熱準備；步驟二：捷聯慣導系統進行初始對準；步驟三：進行正向姿態矩陣更新；步驟四：進行正向速度更新；步驟五：進行正向位置更新；步驟六：對上述數據完成存儲，進行姿態矩陣、速度、位置的重新初值賦值，進行慣導系統逆向解算；步驟七：進行逆向姿態矩陣更新；步驟八：進行逆向速度更新；步驟九：進行逆向位置更新；步驟十：重新對姿態矩陣、速度、位置進行初值賦值，並重複步驟三至步驟九。該發明充分利用捷聯慣性導航系統的“數學平台”多樣性的特點，引入可逆算法，最終實現了捷聯慣性導航系統系統誤差的快速收斂。該發明的方法可用於船用捷聯慣導系統的導航誤差抑制領域。
2016年12月7日，《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：捷聯慣性導航系統快速阻尼方法
- 公布號：CN102853833A
- 授權日：2013年1月2日
- 申請號：2012101108955
- 申請日：2012年4月16日
- 申請人：哈爾濱工程大學
- 地址：黑龍江省哈爾濱市南崗區南通大街145號哈爾濱工程大學科技處智慧財產權辦公室
- 發明人：徐博、高偉、周廣濤、奔粵陽、盧寶峰、吳磊、程建華、陳世同、於強、高洪濤
- Int.Cl.：G01C21/16(2006.01)I；G01C21/20(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
船舶捷聯慣性導航系統要求在長時間工作條件下能夠提供高精度的導航信息。通過提高元器件的精度、對元器件誤差參數精確標定以及對初始對準方法的改進能夠提高慣導系統的精度，而如何在船舶捷聯慣性導航系統使用過程中充分利用2012年4月前技術條件，採用高效的誤差抑制手段，使系統應具有的精度最大限度地發揮，是慣導方案需要深入研究的課題。截至2012年4月，捷聯慣性導航系統中常採用引入阻尼的方式，來對振盪性的系統誤差進行抑制。對於方位阻尼來說，要阻尼地球周期振盪誤差分量，由於地球周期是24小時，所以阻尼過程時間要很長。通常需要一個半周期才能阻尼下來（即需要36小時）。要想阻尼的快，阻尼係數ξ就要選大，而阻尼係數大，系統對船舶加速度的回響就大。由於阻尼過程時間長，故一般情況下，慣導系統不能工作在方位阻尼工作狀態。
發明內容
專利目的
《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》的目的在於提供一種能夠實現捷聯慣性導航系統系統誤差的快速收斂的捷聯慣性導航系統快速阻尼方法。
技術方案
《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》的目的是這樣實現的：
步驟一：捷聯慣導系統進行預熱準備；
步驟二：捷聯慣導系統進行初始對準；
步驟三：進行正向姿態矩陣更新；
步驟四：進行正向速度更新；
步驟五：進行正向位置更新；
步驟六：對步驟三至步驟五的數據完成存儲，進行姿態矩陣、速度、位置的重新初值賦值，進行慣導系統逆向解算；
步驟七：進行逆向姿態矩陣更新；
步驟八：進行逆向速度更新；
步驟九：進行逆向位置更新；
步驟十：重新對姿態矩陣、速度、位置進行初值賦值，並重複步驟三至步驟九。
《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》利用捷聯繫統數學平台的多樣性，對快速阻尼算法進行研究。假設導航計算機存儲容量足夠大並且計算能力足夠強，則導航計算機可以對SINS的採樣數據進行存儲，並套用不同的算法對已存儲的數據進行反覆計算，解算出當前時刻最優的導航結果。而這一特點在平台慣導系統中是不可能實現的，因為一旦對平台施加了某種控制後，就難以使平台恢復到控制前的狀態以便重新實施另外一種控制算法，若將SINS存儲的採樣數據當作一組時間序列看待，正常情況下對該序列按時間先後從前往後進行分析，達到實現系統阻尼的目的。如果簡單地按時間直接將採樣數據序列進行分段分配，則越是在前期階段中被利用的數據信息越少，若在後期階段中將前期階段數據丟棄不再利用將造成信息浪費，因此在後期階段中還應當反過來重新挖掘前期階段的數據信息，如此反覆利用數據，必然能夠增加可用信息量，有利於縮短系統阻尼時間。
為了解決傳統的捷聯繫統方位阻尼收斂時間長、速度慢的缺點，《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》充分利用捷聯慣性導航系統的“數學平台”多樣性的特點，引入可逆算法，提出了一種快速阻尼方案，最終實現了捷聯慣性導航系統系統誤差的快速收斂。該發明的方法可用於船用捷聯慣導系統的導航誤差抑制領域。
改善效果
一、《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》在沒有使用任何外部輔助信息的基礎上，抑制了導航信息的誤差，提高了捷聯慣性導航系統的精度；
二、該發明充分利用捷聯慣性導航系統的“數學平台”的多樣性，提高了系統阻尼的收斂速度，縮短了收斂時間。
三、該發明在沒有增大阻尼係數的條件下，縮短了阻尼時間，因此該方案有著較強的運動適應性。
附圖說明
圖1為《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》的流程圖；
圖2為該發明的原理圖。
技術領域
《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》涉及的是一種捷聯慣性導航系統導航誤差快速抑制方法。
權利要求
1.一種捷聯慣性導航系統快速阻尼方法，其特徵是：
步驟一：捷聯慣導系統進行預熱準備；
步驟二：捷聯慣導系統進行初始對準；
步驟三：進行正向姿態矩陣更新；
步驟四：進行正向速度更新；
步驟五：進行正向位置更新；
步驟六：對步驟三至步驟五的數據完成存儲，進行姿態矩陣、速度、位置的重新初值賦值，進行慣導系統逆向解算；
步驟七：進行逆向姿態矩陣更新；
步驟八：進行逆向速度更新；
步驟九：進行逆向位置更新；
步驟十：重新對姿態矩陣、速度、位置進行初值賦值，並重複步驟三至步驟九；所述正向姿態矩陣更新，採用如下模型：
式中：
，
2.根據權利要求1所述的捷聯慣性導航系統快速阻尼方法，其特徵是所述正向速度更新，採用如下模型：
式中：
3.根據權利要求2所述的捷聯慣性導航系統快速阻尼方法，其特徵是所述正向位置更新，採用如下模型：
其中：λk、λk-1為k、k-1時刻的經度。
4.根據權利要求3所述的捷聯慣性導航系統快速阻尼方法，其特徵是所述進行慣導系統逆向解算的方法為：將正向姿態矩陣更新、速度更新、位置更新模型中的陀螺採樣和地球自轉角速率符號取反，並設定逆嚮導航算法的初值為
、
、
、
，對採樣數據作逆向處理，實現從tm時刻至t0時刻的逆嚮導航解算。
實施方式
下面舉例對《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》做更詳細的描述：
步驟一：捷聯慣導系統的預熱準備，預熱時間約為2個小時；
步驟二：捷聯慣導系統的初始對準；
步驟三：進行正向姿態矩陣更新；
正向姿態矩陣更新計算時，採用的算法模型為：
式中：
步驟四：進行正向速度更新；
正向速度更新計算時，採用的算法模型為：
式中：
步驟五：進行正向位置更新；
正向位置更新計算時，採用的算法模型為：
式中：λk、λk-1為k、k-1時刻的經度。
步驟六：對上述數據完成存儲，進行姿態矩陣、速度、位置的重新初值賦值，進行慣導系統逆向解算；
假設計算機存儲了從離散化的t0時刻至tm時刻的慣導解算值，這時慣導系統從A點導航至B點，則為了使軟體算法從B點逆嚮導航至A點，由式（1）、（3）、（5）移項並稍作變化，整理得逆向捷聯慣導算法為：
式中：
令p＝m-k+1，若記
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
，
，則通過記號和下標轉換，式（6）、（7）、（8）、（9）可寫成：
通過對比式（1）、（3）、（5）和式（10）、（11）、（12），發現它們在算法表示形式上是完全一致的。從上述分析過程中可以看出，只要將正向算法中的陀螺採樣和地球自轉角速率符號取反，並設定逆嚮導航算法的初值為、、、，對採樣數據作逆向處理，即可實現從tm時刻（B點）至t0時刻（A點）的逆嚮導航解算。
步驟七：進行逆向姿態矩陣更新；
步驟八：進行逆向速度更新；
步驟九：進行逆向位置更新；
步驟十：重新對姿態矩陣、速度、位置進行初值賦值，並重複步驟三至步驟九。
步驟七-八中，逆向姿態矩陣更新計算時，採用的模型為式（10）；逆向速度更新計算時，採用的模型為式（11）；逆向位置更新計算時，採用的模型為式（12）。
榮譽表彰
2016年12月7日，《捷聯慣性導航系統快速阻尼方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
