[發明專利]一種SINS/CNS深組合導航系統及其實現方法

無效

• 申請號: 201010101429.1
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101788296A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 王新龍;吳小娟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種SINS/CNS深組合導航系統及其實現方法，屬于組合導航技術領域。

背景技術

天文導航系統(CNS)隱蔽性好、自主性強、能夠提供載體位置及高精度的姿態信息，但 是輸出信息不連續，并且在某些情況下會受到外界環境的影響，在單獨使用時很難滿足高精 度、高性能的導航定位要求。

傳統天文導航系統的定位精度主要取決于水平基準精度和天體敏感器的測量精度。由于 目前天體敏感器能較容易地達到1角秒的測天精度，地平的精度成為影響天文導航精度的最 主要因素。目前慣性平臺水平基準誤差受其核心部件陀螺的誤差影響，單從改進儀表設計來 提高慣性水平基準的精度極其困難，且性價比降低；采用紅外地平儀等直接敏感地平精度較 低；采用基于星光折射的間接敏感地平方法精度較高，但大氣折射模型的不確定性直接影響 了水平基準的精度及可靠性。高精度水平基準技術已成為實現高精度天文導航亟需攻克的關 鍵技術之一。

而捷聯慣性導航系統(SINS)具有導航參數全面、輸出及時連續、隱蔽性好、抗干擾能 力強等突出優點，但是由于初始對準誤差及慣性器件誤差的存在，SINS誤差隨時間增長，難 以長時間獨立工作，需要增加其他外測信息，利用組合的方法提高綜合導航性能。SINS、CNS 兩者具有優勢互補的特點，將兩者組合可以充分發揮各自的優勢，而且隨著組合程度的加深， SINS/CNS組合系統的總體性能要遠遠優于各獨立系統。

20世紀，由于星體檢測只限于在不同時刻、不同姿態下完成對不同星體的檢測，天文/ 慣性組合只能采用系統級的簡單組合導航模式，天文導航系統接收慣導系統輸出的位置和姿 態信息，定期對慣導系統的漂移進行校正。該簡單組合模式能夠阻尼慣導位置誤差的發散， 但其導航精度受到慣導的水平姿態精度的制約，而慣導的水平姿態精度又依賴于慣性傳感器 誤差的精度，因此這種組合方法校正作用并不大。

到了20世紀90年代中后期，由于大視場星體快速檢測技術的發展，天文導航系統能完 成某一時刻的多星同步檢測，且在不需要任何外部初始信息(包括水平基準)的前提下確定 載體坐標相對慣性坐標的姿態信息(與陀螺輸出的姿態信息相同)。因此，以補償慣導陀螺漂 移為核心的天文/慣性最優組合模式在理論和工程上都是完全可以實現的，但該組合模式只能 夠補償捷聯慣導中因陀螺漂移而引起的導航誤差。

目前，天文導航系統采用星光折射間接測地平的方法獲得高精度自主水平基準，能夠進 行高精度自主確定位置(三維坐標)、航向和姿態，從而對慣導系統實現徹底全面最優校正。該 天文/慣性最優組合模式不僅可以補償陀螺的隨機漂移，而且可以補償加速度計等其他因素引 起的誤差，但目前此方法只能使用在30km以上的高空航行體上，不能實現全范圍的應用。

綜上所述，利用多星同步測量和瞬時確定載體慣性姿態原理，解決天文導航高精度水平 基準這項關鍵技術，并發展適用范圍廣的高精度天文/慣性深組合導航模式以取代傳統的系統 級、粗略天文/慣性組合模式，從而實現高精度定位導航，是天文/慣性最佳組合導航系統的 主要研究方向。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有水平基準確定方案的不足，利用SINS/CNS組合敏感器的 特點，提出一種SINS/CNS深組合導航系統及其實現方法，該方法充分利用了各子系統的導 航信息，提高了SINS/CNS組合導航系統的精度。

一種SINS/CNS深組合實現方法，具體包括以下步驟：

步驟一：星敏感器輔助SINS獲得高精度的數學水平基準；

步驟二：基于數學水平基準進行CNS定位；

步驟三：建立SINS/CNS深組合系統狀態方程和量測方程；

a.構建SINS/CNS深組合系統狀態模型；

b.構建SINS/CNS深組合系統量測模型；

步驟四：組合導航系統信息融合；

步驟五：SINS與CNS相互輔助實現高精度定位。

一種SINS/CNS深組合導航系統，包括捷聯慣導系統、天文導航系統、組合導航濾波器、 慣導姿態量測信息構造單元；