一种误差修正方法、装置、电子设备和存储介质与流程

1.本技术涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种误差修正方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.惯性导航系统（简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯导系统被广泛的应用于航海、航空等领域。
3.在船舶的长航状态下，惯导系统经惯性解算，在惯性元件误差的激励下会产生导航误差，导航过程的导航误差按波动周期可以分为舒拉周期误差、傅科周期误差、地球自转周期误差。积累的导航误差会严重影响船舶的正常行驶，降低导航准确度，使惯导系统的适用性较差，因此需要对导航误差进行纠正。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种误差修正方法、装置、电子设备和存储介质，以提高惯导系统的导航精确度和适用性。
5.根据本技术的一方面，提供了一种误差修正方法，所述方法包括：获取载体的加速度计信息和陀螺仪信息，以及载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型；对加速度计信息和陀螺仪信息进行惯性解算，确定载体的无阻尼速度和内阻尼速度；根据载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型，确定载体的传递函数状态量；根据无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量，确定载体的误差值；根据误差值，修正载体的惯导系统的导航参数。
6.根据本技术的另一方面，提供了一种误差修正装置，包括：信息和模型获取模块，用于获取载体的加速度计信息和陀螺仪信息，以及载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型；惯性解算模块，用于对加速度计信息和陀螺仪信息进行惯性解算，确定载体的无阻尼速度和内阻尼速度；状态量确定模块，用于根据载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型，确定载体的传递函数状态量；误差值确定模块，用于根据无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量，确定载体的误差值；导航参数修正模块，用于根据误差值，修正载体的惯导系统的导航参数。
7.根据本技术的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本技术任一实施例所述的误差修正方法。
8.根据本技术的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本技术任一实施例所述的误差修正方法。
9.本技术实施例的技术方案，高效且准确的计算出误差值，并对导航参数进行修正，有效的降低了长航时惯导系统在水平阻尼工作状态中的各类误差波动，进一步提高了惯导系统的导航精度。
10.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
11.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1a是根据本技术实施例一提供的一种误差修正方法的流程图；图1b是根据本技术实施例一提供的惯导系统的东向通道误差信号传递流程图；图1c是根据本技术实施例一提供的东向通道阻尼网络误差信号传递流程图；图1d是根据本技术实施例一提供的机动条件下内阻尼误差信号传递流程图；图2是根据本技术实施例二提供的一种误差修正装置的结构示意图；图3是实现本技术实施例的误差修正方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
13.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
14.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
15.实施例一
图1a为本技术实施例一提供了一种误差修正方法的流程图，本实施例可适用于长航时惯导系统误差抑制的情况，该方法可以由误差修正装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该误差修正装置可配置于电子设备中。如图1a所示，该方法包括：s110、获取载体的加速度计信息和陀螺仪信息，以及载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型。
16.其中，载体可以是任何能够装载惯导系统的载具，例如可以包括但不限于船舶、飞机和车辆等。加速度计信息可以是设置于载体惯导系统中的加速度计反馈的加速度信息，该加速度信息可以包括任何方向的加速度，例如船舶行驶中的东西方向加速度和/或南北方向的加速度等。陀螺仪信息可以是设置于载体上的陀螺仪输出的数据信息。加速度计信息和陀螺仪信息可以直接通过设置于载体上的仪器（传感器等）直接获取得到。
17.此外，无阻尼误差模型和有阻尼误差模型是在航海航行等领域用于研究载体的速度信号中携带的误差传递的常规方法，无阻尼误差模型和有阻尼误差模型不随载体的变化而变化。载体的无阻尼误差模型可以表示为图1b所示，本技术实施例以水平通道的无阻尼结算误差模型为例，由于水平通道中，东向通道的误差传递与北向通道的误差传递的形式与规则相同，因此本技术实施例以东向通道的误差传递为例进行解释说明。设惯导系统所在地的中立加速度为g，地球半径为r，惯导系统的东向通道误差信号传递流程图如图1b所示，其中，输入量是东向通道误差值，是北向陀螺漂移量。从图1b可以得到北向水平姿态误差引起东向水平速度误差的无阻尼模型：其中，是东向水平速度误差，是北向水平姿态误差。图1b中，x1是东向水平速度误差在信号传递中的过程量，x2是北向水平姿态误差在信号传递中的过程量。
18.经过拉普拉斯反变换的计算，得到初始姿态误差引起的东向速度误差为：由此可知由初始姿态误差引起的东向速度误差为等幅振荡的波动，波动周期为，波动幅值为。
19.为了抑制惯导系统在自主导航过程中误差的波动，引入阻尼环节使惯导系统自主导航误差波动幅值逐渐减小，从而转化为有阻尼误差模型，如图1c所示，在阻尼环节中可以通过预先设定的比例阻尼参数、积分阻尼参数和微分阻尼参数进行阻尼的控制，如图1c所示，延续前例，增加阻尼环节后的北向水平姿态误差引起东向水平姿态误差的有阻尼误差模型为：其中，k1为比例阻尼参数，k2为积分阻尼参数，k3为微分阻尼参数。
20.通过调节不同的预设阻尼参数，可以使上式的传递函数趋于稳定状态，从而使该传递函数的冲击响应曲线逐渐收敛。
21.在实际航行情况中，长航时惯导系统工作在水平阻尼工作状态可效抑制惯导系统误差波动，提高惯导系统精度。但在载体机动条件下，由于阻尼网络破坏了惯导系统的舒拉回路，会引起响应的误差。并在海上无有效速度信息的条件下，惯导系统由于无法准确计算速度误差，从而无法准确进行水平阻尼，若强制将惯导系统计算得到的载体速度直接反馈到系统中进行水平阻尼，由于载体速度与速度误差之间的较大差异，会引起惯导系统解算的快速发散。惯导系统内阻尼模型如图1d所示，其中，vel为载体速度，该惯导系统的内阻尼模型的传递函数与前述有阻尼误差模型的传递函数通用，本技术实施例在此不作赘述。需要补充说明的是，前述有阻尼误差模型可以理解为无机动条件下（例如船舶相对地球静止）的带有阻尼网络的误差模型；而内阻尼模型则可以理解为机动条件下的带有阻尼网络的误差模型。
22.s120、对加速度计信息和陀螺仪信息进行惯性解算，确定载体的无阻尼速度和内阻尼速度。
23.其中，惯性解算可以采用现有技术中任意一种惯性解算方法，本技术实施例对此不作限定。对加速度计信息和陀螺仪信息的解算可以得到载体的无阻尼速度和内阻尼速度。
24.s130、根据载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型，确定载体的传递函数状态量。
25.其中，载体的传递函数状态量可以是无阻尼误差模型和有阻尼误差模型的传递函数中的过程量，这些传递函数状态量可以表征速度值、加速度值和姿态值等等。因此，根据前述步骤获得的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型，确定内阻尼状况下载体的惯导系统中的状态量。
26.s140、根据无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量，确定载体的误差值。
27.载体的误差值可以包括但不限于速度误差、加速度误差和姿态误差等。通过对无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量的计算，得出载体的各项误差值。可选的，所述根据无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量，确定载体的误差值，可以包括：根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及传递函数状态量，确定误差值。通过无阻尼速度和内阻尼速度的差来对误差值进行计算，表征了不同阻尼情况的差值对误差的影响。
28.进一步的，所述根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及传递函数状态量，确定误差值，可以包括：根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及传递函数状态量，确定载体的惯导系统的状态方程与量测方程；根据状态方程与量测方程，基于卡尔曼滤波器，确定误差值。
29.根据各传递函数状态量，可以构建状态方程；根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及无阻尼速度值本身，可以构建量测方程。状态方程和量测方程作为卡尔曼滤波器的输入，由卡尔曼滤波器进行方程的解算，以确定各传递函数的状态量的值，从而确定状态量中的误差值。
30.示例性的，根据惯导系统强制阻尼解算相比无阻尼解算的速度误差，通过卡尔曼滤波的方式，估计得到惯导系统由于强制阻尼引起的速度误差，并在强制阻尼解算通道进行输出校正。
31.具体的，延续前例，根据前述无阻尼误差模型和有阻尼误差模型中的各个传递函
数状态量，确定该模型的状态方程为：其中，为信号传递过程中的过程量（即传递函数状态量）。
32.该模型的量测方程为：z = hx；其中，，z1为无阻尼速度与强制内阻尼速度的差，z2为系统无阻尼通道输出速度值。h为量测方程中的参数，h的值仅与无阻尼误差模型和有阻尼误差模型有关，延续前例，则有：可以理解的是，所述误差值包括姿态误差和速度误差；相应的，所述根据状态方程与量测方程，基于卡尔曼滤波器，确定误差值，可以包括：根据状态方程与量测方程，基于卡尔曼滤波器，分别确定姿态误差和速度误差。
33.延续前例，根据已知的无阻尼速度与强制内阻尼速度的差，以及无阻尼通道输出的速度值，可以进一步计算x的中各过程量的值，其中即包括姿态误差的值和速度误差的值。
34.s150、根据误差值，修正载体的惯导系统的导航参数。
35.根据前述实施方式中确定的姿态误差和速度误差的值，对载体的导航参数进行校正，以减小误差导致的导航不准的问题。
36.可选的，所述导航参数包括姿态值和速度值；相应的，所述根据误差值，修正载体的惯导系统的导航参数，可以包括：将姿态值与姿态误差的差值，替代姿态值；将速度值与速度误差的差值，替代速度值。
37.可以理解的是，将惯导系统输出的姿态值减去姿态误差的值，即可得到较为准确的姿态值作为导航参数进行导航；同理，将惯导系统输出的速度值减去速度误差的值，即可得到较为准确的速度值作为导航参数进行导航。
38.本技术实施例的技术方案中，根据无阻尼速度和内阻尼速度的差值构建量测方程，根据无阻尼模型和有阻尼模型中的状态量构建状态方程，作为卡尔曼滤波器的输入，高效且准确的计算出误差值，并对导航参数进行修正，有效的降低了长航时惯导系统在水平阻尼工作状态中的各类误差波动，进一步提高了惯导系统的导航精度。
39.实施例二图2为本技术实施例三提供的一种误差修正装置的结构示意图。如图2所示，该装置200包括：信息和模型获取模块210，用于获取载体的加速度计信息和陀螺仪信息，以及载体
的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型；惯性解算模块220，用于对加速度计信息和陀螺仪信息进行惯性解算，确定载体的无阻尼速度和内阻尼速度；状态量确定模块230，用于根据载体的无阻尼误差模型和有阻尼误差模型，确定载体的传递函数状态量；误差值确定模块240，用于根据无阻尼速度、内阻尼速度和传递函数状态量，确定载体的误差值；导航参数修正模块250，用于根据误差值，修正载体的惯导系统的导航参数。
40.在一种可选实施方式中，所述误差值确定模块240可以包括：误差值确定单元，用于根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及传递函数状态量，确定误差值。
41.在一种可选实施方式中，所述误差值确定单元可以包括：系统方程确定子单元，用于根据无阻尼速度和内阻尼速度的差，以及传递函数状态量，确定载体的惯导系统的状态方程与量测方程；误差确定子单元，用于根据状态方程与量测方程，基于卡尔曼滤波器，确定误差值。
42.在一种可选实施方式中，所述误差值包括姿态误差和速度误差；相应的，所述误差确定子单元，可以具体用于：根据状态方程与量测方程，基于卡尔曼滤波器，分别确定姿态误差和速度误差。
43.在一种可选实施方式中，所述导航参数包括姿态值和速度值；相应的，所述导航参数修正模块250，可以包括：姿态修正单元，用于将姿态值与姿态误差的差值，替代姿态值；速度修正单元，用于将速度值与速度误差的差值，替代速度值。
44.本技术实施例的技术方案中，根据无阻尼速度和内阻尼速度的差值构建量测方程，根据无阻尼模型和有阻尼模型中的状态量构建状态方程，作为卡尔曼滤波器的输入，高效且准确的计算出误差值，并对导航参数进行修正，有效的降低了长航时惯导系统在水平阻尼工作状态中的各类误差波动，进一步提高了惯导系统的导航精度。
45.本技术实施例所提供的误差修正装置可执行本技术任意实施例所提供的误差修正方法，具备执行各误差修正方法相应的功能模块和有益效果。
46.实施例三图3示出了可以用来实施本技术的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本技术的实现。
47.如图3所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（rom）12、随机访问存储器（ram）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（rom）12中的计
算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（ram）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、rom 12以及ram 13通过总线14彼此相连。输入/输出（i/o）接口15也连接至总线14。
48.电子设备10中的多个部件连接至i/o接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
49.处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（cpu）、图形处理单元（gpu）、各种专用的人工智能（ai）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（dsp）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如误差修正方法。
50.在一些实施例中，误差修正方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到ram 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的误差修正方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行误差修正方法。
51.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asic）、专用标准产品（assp）、芯片上系统的系统（soc）、负载可编程逻辑设备（cpld）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
52.用于实施本技术的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
53.在本技术的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（cd-rom）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
54.为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，crt（阴极射线管）或者lcd（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。
55.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（lan）、广域网（wan）、区块链网络和互联网。
56.计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
57.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本技术中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
58.上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。