[發明專利]一種基于星像坐標建模的慣性與天文組合導航方法

有效

• 申請號: 201310003852.1
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN103063216A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 王融;熊智;劉建業;鐘麗娜;張承;彭惠;趙慧;許建新;劉偉霞;王潔
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明屬于組合導航技術領域，具體指的是一種基于星像坐標建模的慣性與天文組合導航方法。

背景技術

組合導航是提高飛行器導航系統可靠性和精度的有效途徑，當前慣性與衛星組合導航以良好的定位性能，在各類飛行器的導航中得到了廣泛應用，但其姿態精度有限；為了滿足控制系統對姿態的高精度測量需求，可由天文導航通過星敏感器觀測星光信息組合來修正姿態誤差。

隨著新型飛行器的發展，由氣動加熱造成的極惡劣環境對天文導航系統的應用提出了新的問題。高速飛行引起的氣動光學效應將嚴重影響星敏感器對星圖的成像，將導致部分星光信息無法利用。根據等離子鞘和氣動光學效應的影響在飛行器頭部較強，尾部較為薄弱的特性，近似認為可見的衛星和導航恒星大致約束在一個圓錐窗口的范圍內。這使得可見導航星的數量大幅減少，且可見星聚集在狹窄的可見窗口內，幾何構型較差。

因此，基于星像坐標直接建模，建立慣性導航和天文導航更緊密組合的導航方法，將能夠簡化慣性與天文組合導航的量測噪聲建模，有效地提高慣性與天文組合導航的適應性和導航性能，將具有突出的應用價值。

常規的慣性與天文組合導航主要通過星敏感器觀測星光方位信息，根據TRIAD、QUEST等算法確定載體在慣性系下的姿態信息，再利用組合濾波器與慣性導航系統進行組合。由星敏感器確定飛行器姿態時，導航星的幾何構型對姿態精度有較大的影響。當高超聲速飛行的氣動光學效應造成部分星光信息無法利用時，可見導航星的幾何構型顯著惡化，星敏感器輸出的姿態精度發生劇烈變化，姿態信息噪聲特性并不滿足卡爾曼濾波量測噪聲是白噪聲的要求，采用常規的組合方式將影響組合濾波性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，避免常規慣性與天文組合導航方法對天文導航系統誤差特性時變統計特性建模的需求，且在導航星數較少時提供對慣性導航系統的連續輔助，給出一種基于星像坐標建模的慣性與天文組合導航方法。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于星像坐標建模的慣性與天文組合導航方法，包括以下步驟：

步驟A，根據慣性與天文組合導航誤差特性，由航空機載慣性導航系統誤差的數學描述，建立慣性與天文組合導航誤差狀態量方程；慣性與天文組合導航誤差狀態量X定義為：

X=[φE,φN,φU,δvE,δvN,δvU,δL,δλ,δh,ϵbx,ϵby,ϵbz,ϵrx,ϵry,ϵrz,▿x,▿y,▿z]T]]>

其中，