[發(fā)明專利]衛(wèi)星/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的空中對(duì)準(zhǔn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810023350.4
• 申請(qǐng)日: 2008-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101256080A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李榮冰;劉建業(yè);孫永榮;曾慶化;賴際舟;趙偉;錢偉行
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C25/00;G01S1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柏尚春

1.一種衛(wèi)星/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的空中對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位數(shù)據(jù)采集：組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)以周期T_G持續(xù)從與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)相連的接口讀取衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)輸出的特定格式的導(dǎo)航信息，并進(jìn)行解讀，取得飛行器的實(shí)時(shí)三維位置、三維速度和航跡方位角，其中，三維位置包括經(jīng)度λ，緯度L和高度H，當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系下的東向速度V_E、東向速度V_N和東向速度V_U，航跡方位角ψ；

(2)衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)緩存：把步驟(1)中讀入組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)輸出的三維位置、三維速度和航跡方位角與時(shí)間信息一并保存在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的內(nèi)存空間變量中，緩存后的變量依次以符號(hào)λ_k-1表示經(jīng)度、L_k-1表示緯度，H_k-1表示高度，V_E，k-1，V_N，k-1、V_U，k-1分別表示東向、北向和天向的速度，ψ_k-1表示航跡方位角，t_k-1表示時(shí)間信息；

(3)慣性測(cè)量單元數(shù)據(jù)采集：緊跟步驟(2)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換或串行口，以周期TI讀取慣性測(cè)量單元中陀螺和加速度計(jì)測(cè)量的三維角速率和三維比力，捷聯(lián)慣性測(cè)量單元測(cè)得的信息均為飛行器角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)在機(jī)體坐標(biāo)系b下的投影，三維角速率和三維比力分別ω_ib^bx，ω_ib^by，ω_ib^bz和f_x^b，f_y^b，f_z^b，其中T_G為T_I的整數(shù)倍，x，y，z表示機(jī)體系的三個(gè)坐標(biāo)軸；

(4)飛行器運(yùn)動(dòng)加速度計(jì)算：在初次獲得衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)至少2個(gè)周期T_G的時(shí)間后，在完成GPS信息解讀時(shí)刻t_k，組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中有經(jīng)度λ_k、緯度L_k，高度H_k，東向方向速度V_E，k，北向速度V_N，k，天向速度V_U，k，航向角ψ_k，按如下的前后差分法計(jì)算飛行器的運(yùn)動(dòng)加速度：

aE=VE,k-VE,k-1TG]]>

aN=VN,k-VN,k-1TG;]]>

aU=VU,k-VU,k-1TG]]>

(5)將步驟(1)、步驟(3)和步驟(4)得到的實(shí)時(shí)位置、速度、運(yùn)動(dòng)加速度，代入捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)比力方程，計(jì)算導(dǎo)航系下的三維比力，其計(jì)算方法如下：

fEfNfU=aEaNaU+0-(2ωieUn+ωenUn)(2ωieNn+ωenNn)(2ωieUn+ωenUn)0-(2ωieEn+ωenEn)-(2ωieNn+ωenNn)(2ωieEn+ωenEn)0VE,kVN,kVU,k-00g0]]>

式中，導(dǎo)航系下地球自轉(zhuǎn)角速度在導(dǎo)航系的投影可由地球自轉(zhuǎn)角速度及當(dāng)?shù)鼐暥扔?jì)算得到：

ωien=ωieEnωieNnωieUn=0ωiecosLωiesinL]]>

導(dǎo)航系相對(duì)于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度可由飛行器的飛行速度和當(dāng)?shù)鼐暥取⒌厍虬霃接?jì)算得到：

ωenn=ωenEnωenNnωenUn=-VN,kRVE,kRVE,kRtgL]]>

導(dǎo)航系下的計(jì)算得到三維比力[f_E?f_N?f_U]^T和步驟(3)得到的機(jī)體系下的比力[f_x^b?f_y^b?f_z^b]^T之間有如下變換關(guān)系：

fxbfybfzb=CnbfEfNfU]]>

Cnb=cosγcosψ+sinγsinθsinψ-cosγsinψ+sinγsinθcosψ-sinγcosθcosθsinψcosθcosψsinθsinγcosψ-cosγsinθsinψ-sinγsinψ-cosγsinθcosψcosγcosθ]]>

ψ，θ，γ分別為航向角、俯仰角和橫滾角，

根據(jù)比力變換關(guān)系，可建立機(jī)體坐標(biāo)系下的關(guān)于俯仰角和橫滾角的三角函數(shù)方程：

fyb=(fEsinψ+fNcosψ)cosθ+fUsinθ---(1)]]>

fxb=(fEcosψ-fNsinψ)cosγ+(fEsinθsinψ+fNsinθcosψ-fUcosθ)sinγ---(2)]]>

式(1)和式(2)聯(lián)立，用ψ_k代替航向角ψ后，只有θ，γ為未知量，式(1)只含有俯仰角一個(gè)未知量，通過(guò)式(1)求得俯仰角后，代入式(2)，則代入式(2)也只含有橫滾角一個(gè)未知量；

(6)俯仰角和橫滾角三角方程的快速數(shù)值求解：俯仰角的定義域?yàn)?90到90度，在該范圍內(nèi)，采用等步長(zhǎng)間隔Δ_θ，Δ_θ可取0.5～1度，將俯仰定義域離散化，將離散化的俯仰角數(shù)值代入上述三角方程，進(jìn)行比較尋優(yōu)搜索，滿足min{|cosθ(f_Esinψ+f_Ncosψ)+f_Usinθ-f_y^b|}的θ即為待求的俯仰角；對(duì)橫滾角的定義域進(jìn)行離散化，并遍歷搜索，滿足min{|(f_Ecosψ-f_Nsinψ)cosγ+(f_Esinθsinψ+f_Nsinθcosψ-f_Ucosθ)sinγ-f_x^b|}的γ即為待求的橫滾角；

(7)將步驟(6)求得的俯仰角θ和橫滾角γ，與已獲取的經(jīng)度λ_k、緯度L_k，高度H_k，東向速度V_E，k，北向速度V_N，k、天向速度V_U，k，航向角ψ_k組成初始狀態(tài)，初始化捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)載體動(dòng)態(tài)飛行中的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)空中初始對(duì)準(zhǔn)。