本发明属于组合导航，具体涉及一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法、程序、设备及存储介质。
背景技术：
1、惯性导航系统(ins)和全球导航卫星系统(gnss)进行组合定位，在开阔环境下能够提供高频率、高精度的位置、速度和姿态，但gnss信号易受外界影响出现定位精度变差和信号丢失的情况。面对gnss拒止环境，船舶一般使用压差计程仪、电磁计程仪(electromagnetic log，eml)和多普勒计程仪等测速设备辅助惯性导航。
2、电磁计程仪是根据电磁感应原理测量船舶速度的一种计程仪，可测量船舶前进和后退速度，具有灵敏度高、成本低、测速精度较高、线性好、范围大且隐蔽性好，不会带来声学暴露等特点，因此其与捷联惯导一起组成精度高、隐蔽性强的组合导航系统，更适用于高隐蔽性的导航任务，逐渐成为船舶、潜艇的标准配置。在使用电磁计程仪测速信息时，一般认为载体侧向速度和垂向速度均为零，然后利用捷联惯性导航系统解算的姿态角直接将测速信息投影到地理坐标系。然而船舶沿海平面行驶过程中会存在一定的纵摇角、横摇角，或船舶处于机动状态时由于惯性会存在一定程度的横向侧滑，上述两种情况均会导致载体侧向速度和垂向速度均为零的假设不在成立，此时会引入额外的速度误差，最终导致组合导航系统精度降低。
3、为提高捷联惯性/电磁计程仪组合导航系统精度，2023年03月07日公开的专利文献cn115752453a，公开了基于hmm的电磁计程仪洋流估计与组合导航方法及系统，该专利文献根据全球卫星导航系统与电磁计程仪对水速度联合估计出洋流速度，并对电磁计程仪误差进行补偿，消除了洋流对电磁计程仪测量误差的影响。但上述专利未考虑船舶横向速度和垂向速度问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，充分考虑了船舶运动状态对电磁计程仪测量的影响，将船舶运动分为直航和机动两种运动状态，通过惯性导航解算信息计算船舶横向加速度来判断机动情况，对不同的运动状态选择不同的量测方程进行量测更新。降低了船舶侧滑对组合导航系统的影响，显著提高了电磁计程仪辅助捷联惯性导航系统的精度。
2、一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，包括以下步骤：
3、步骤1：捷联惯性导航系统初始对准，初始化卡尔曼滤波器；
4、步骤2：通过加速度计获取船舶在地理坐标系的加速度，通过捷联惯性导航系统解算船舶的航向角，计算船舶的横向加速度，根据横向加速度判断船舶的运动状态；所述运动状态包括机动状态和直航状态；
5、步骤3：根据当前时刻系统的状态向量初始值进行卡尔曼滤波时间更新；
6、步骤4：若当前时刻电磁计程仪有速度更新，则根据船舶的运动状态解算当前时刻系统的量测矩阵和量测向量；
7、步骤5：卡尔曼滤波量测更新，获取当前时刻系统的状态向量估计值；
8、步骤6：将当前时刻系统的状态向量的估计值作为下一时刻系统的状态向量初始值，重复进行步骤2-5直至导航工作结束。
9、进一步地，所述卡尔曼滤波器的状态空间模型为：
10、
11、其中，φk/k-1为状态转移矩阵；wk-1为k-1时刻系统噪声向量；γk/k-1为系统噪声分配矩阵；zk为k时刻系统的量测向量；hk为量测矩阵；vk为量测噪声矩阵；xk、xk-1分别为k时刻、k-1系统的状态向量；
12、
13、其中，φe、φn、φu分别为东、北、天方向上的平台失准角；δve、δvn、δvu分别为东、北、天方向上的速度误差；δλ、δl、δh分别为经度、纬度、高度误差；εe、εn、εu分别为东、北、天方向上的陀螺常值漂移误差；▽e、▽n、▽u分别为东、北、天方向上的加速度计零偏误差；分别为东向、北向洋流速度。
14、进一步地，所述步骤2具体为：
15、船舶的横向加速度计算方法为：
16、
17、其中，为船舶在地理坐标系的加速度，由比力方程和加速度计测量的比力得到；φ为捷联惯性导航系统解算出船舶的航向角；
18、在实船使用中，为避免噪声的影响，设置滑动窗口，求取滑动窗口内的船舶横向加速度的平均值λ；
19、
20、其中，表示滑动窗口内利用捷联惯性导航系统第i次更新数据计算的船舶横向加速度；n为滑动窗口大小；
21、利用λ与预设的阈值进行比较，若λ大于阈值，则判定船舶处于机动状态；否则，判断船舶处于直航状态。
22、进一步地，所述步骤3具体为：
23、
24、其中，为当前时刻系统的状态向量初始值，即上一时刻通过步骤5得到的系统的状态向量估计值；为k时刻状态量一步预测值；φk/k-1为k时刻状态转移矩阵；pk-1为k-1时刻状态估计均方误差矩阵；pk/k-1为k时刻的一步预测均方误差矩阵；qk-1为系统噪声方差矩阵；γk/k-1为系统噪声分配矩阵。
25、进一步地，所述步骤4具体为：
26、若船舶处于直航状态，则首先利用非完整性约束和捷联惯性导航系统解算信息对电磁计程仪测量数据进行扩充：
27、
28、其中，为电磁计程仪测量的速度信息；θ、γ分别为捷联惯性导航系统解算的纵摇角和横摇角；
29、将扩充后的电磁计程仪速度向量投影至地理坐标系n，得到
30、
31、其中，为载体坐标系b到地理坐标系n的坐标变换矩阵；
32、船舶在直航状态的量测矩阵hk和量测向量zk为：
33、
34、其中，i为单位矩阵；分别为地理坐标系下捷联惯性导航系统解算的东向速度、北向速度、天向速度；为在东向、北向、天向的投影；h为捷联惯性导航系统解算的高度；
35、若船舶处于机动状态，则直接利用电磁计程仪测量的速度信息获取
36、
37、船舶在机动状态的量测矩阵hk和量测向量zk为：
38、
39、其中，c12为第1行第2列的元素，c22为第2行第2列的元素。
40、进一步地，所述步骤5具体为：
41、量测更新方程为：
42、
43、其中，kk为k时刻卡尔曼滤波器的增益矩阵；pk/k-1为k时刻一步预测均方误差矩阵；rk为k时刻量测方差矩阵；为系统状态向量一步预测值；为k时刻系统状态向量的估计值；pk为k时刻状态估计均方误差矩阵；量测矩阵hk和量测向量zk为步骤4中获取。
44、一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法的步骤。
45、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法的步骤。
46、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法的步骤。
47、本发明的有益效果在于：
48、本发明设计了一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，在直航状态利用捷联惯导解算信息和非完整性约束方法充分挖掘电磁计程仪量测信息，将船舶艏艉方向的一维速度扩充至三维后再进行组合导航滤波，提高了电磁计程仪辅助捷联惯性导航系统的精度，在机动状态根据电磁计程仪测量特性重构量测方程，削弱船舶侧滑对导航精度的影响。本发明无需增加额外的设备，具有一定的工程应用价值，适用于电磁计程仪速度辅助捷联惯性导航技术领域。
1.一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求书1所述的一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于：所述卡尔曼滤波器的状态空间模型为：
3.根据权利要求书1所述的一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
4.根据权利要求书1所述的一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于：所述步骤3具体为：
5.根据权利要求书1所述的一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于：所述步骤4具体为：
6.根据权利要求书1所述的一种非完整性约束辅助的sins/eml组合导航方法，其特征在于：所述步骤5具体为：
7.一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
