[發明專利]一種船用慣性導航系統單點海上校準方法

無效

• 申請號: 201210015077.7
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102589570A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 汪湛清;房建成;汪順亭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

技術領域

本發明涉及慣性導航系統技術領域，具體涉及一種長航時船用慣性導航系統利用海上獲得單個點的導航數據，進而進行校準提高精度的技術方法。

背景技術

船用慣性導航系統在船舶航行過程中，連續不斷地自主計算并輸出船舶的各種導航參數，包括船舶的速度、姿態、航向和所在位置的經度、緯度等數據。慣性導航系統這種不需要借助電磁波或光波與外部衛星或天體聯系，而獨立實現的導航功能的自主性是它的優點，但是慣性導航系統的誤差，特別是它提供的位置經度和緯度的誤差，隨船舶航行時間的延長而不斷增長累積。遠洋船舶在海上航行時間很長，船用慣性導航系統需在海上連續工作數十天甚至數月，不斷增長的位置經度和緯度誤差就必然會超出允許的范圍。因此船用慣性導航系統工作一段時間后，在有可能獲得外部提供的準確導航數據時，為恢復和保證慣性導航系統的導航精度，需借助外部數據對慣性導航系統累計的誤差進行校準。

通常采用“綜合校準”方法恢復慣性導航系統原有精度，這種“綜合校準”方法相當于在慣性導航系統不斷電情況下，進行一次與碼頭系泊狀態下初始啟動類似的重新啟動過程。“綜合校準”需花費與初始啟動時相同的長達5小時的時間，在這段時間內需要連續獲得外部(如衛星導航)的信息。此外，這種類似帶電重新啟動的“綜合校準”方法，與在碼頭系泊狀態啟動的工作機理相同，但是由于海上風浪較大，慣性導航系統的工作條件比碼頭系泊狀態惡劣，綜合校準后慣性導航系統的工作精度，最好情況下也只是接近碼頭系泊狀態初始啟動后的精度。

由此可見，通常采用的“綜合校準”方法的工作機理，與碼頭系泊狀態下進行的初始啟動工作機理相類似。海上“綜合校準”后，慣性導航系統精度通常會比碼頭初始啟動后稍差，最好情況下也只能接近原有精度。此外還需要持續5小時有外部提供導航數據，這是“綜合校準”方法缺陷。

發明內容

為了解決“綜合校準”方法中存在的校準數據采集時間長、校準精度不高的問題，本發明提出了一種船用慣性導航系統單點海上校準方法，船舶在碼頭初始啟動后開始遠航，船舶在海上航行一段時間，慣性導航系統積累一定導航誤差需要校準時，根據本校準方法只需獲得外部提供一次單點位置導航數據，即可對系統進行校準，該方法不僅能夠縮短校準數據采集的時間，而且還能進一步提高慣性導航系統精度。

一種船用慣性導航系統單點海上校準方法，該方法實現的具體步驟如下：

步驟一：船舶航行一段時間t，記此時刻為校準時刻，根據此時刻船舶上的慣性導航系統輸出的位置數據以及衛星導航接收機提供的導航數據，得到：

δλ(t)＝λ′(t)-λ(t)??????????????(1)

δL(t)＝L′(t)-L(t)?????????????????(2)

φ_Z(t)＝K′(t)-K(t)?????????????????(3)

其中，λ(t)表示校準時刻衛星導航接收機獲取的單點位置經度，λ′(t)表示校準時刻慣性導航系統輸出的位置經度，δλ(t)表示慣性導航系統航行工作時間累積的位置經度誤差；L(t)表示校準時刻衛星導航接收機獲取的單點位置緯度，L′(t)表示校準時刻慣性導航系統輸出的位置緯度，δL(t)表示慣性導航系統航行工作時間累積的位置緯度誤差；K(t)表示校準時刻衛星導航接收機獲取的航向數據，K′(t)表示校準時刻慣性導航系統輸出的航向數據，φ_Z(t)表示慣性導航系統輸出的航向誤差；

步驟二：根據慣性導航系統累計的位置誤差δλ(t)和δL(t)、航向誤差φ_Z(t)以及公式(4)，得到慣性導航系統誤差源陀螺漂移(ε_x，ε_y，ε_z)的公式(5)：