[發(fā)明專利]一種慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)中時(shí)間延遲的補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410022467.6
• 申請(qǐng)日: 2014-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103743395A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周廣濤;姜鑫;孫艷濤;趙博;林萌萌;李佳璇;夏秀瑋;郝勤順;于春陽(yáng);趙維珩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于組合導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及具有補(bǔ)償重力信號(hào)延遲功能的一種慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)中時(shí)間延遲的補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

上世紀(jì)80-90年代美國(guó)和前蘇聯(lián)便相繼開(kāi)始了研制戰(zhàn)略水下潛器的無(wú)源導(dǎo)航輔助系統(tǒng)。最初的輔助方法是基于圖形匹配，包括與海底地形圖、磁場(chǎng)圖的匹配，但由于需要用聲納測(cè)量海底輪廓，導(dǎo)致海底地形匹配的隱蔽性較弱；同時(shí)由于磁場(chǎng)變化復(fù)雜目前還難以真正運(yùn)用到水下潛器導(dǎo)航中，因此重力信號(hào)和重力梯度數(shù)據(jù)成為水下潛器導(dǎo)航的主要無(wú)源信息資源。重力輔助導(dǎo)航具有精度高、隱蔽性強(qiáng)、自主性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是潛艇等水下航行器理想的水下輔助導(dǎo)航定位手段。

重力輔助導(dǎo)航的前提是獲取高精度的重力異常值，而重力異常一般是通過(guò)海洋重力儀獲取。目前高精度的海洋重力儀為了抑制垂直加速度和高頻噪聲的影響，采用了強(qiáng)阻尼加濾波的方法。這就導(dǎo)致當(dāng)前獲取的重力異常值并不是運(yùn)載體所處位置的重力異常，而是一段時(shí)間前所處位置的重力異常值。如果在這樣的條件下進(jìn)行重力匹配，就會(huì)產(chǎn)生誤差，甚至可能影響慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度。

傳統(tǒng)計(jì)算延遲時(shí)間的方法是從理論上進(jìn)行分析，由于重力儀的內(nèi)部傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無(wú)法把所有導(dǎo)致重力異常信號(hào)延遲的因素都考慮進(jìn)來(lái)，這就會(huì)造成延遲時(shí)間計(jì)算不準(zhǔn)確。在濾波系統(tǒng)中，常用的處理測(cè)量數(shù)據(jù)延遲的一個(gè)直觀的方法是：等延遲的測(cè)量數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)處理單元后再?gòu)陌l(fā)生延遲的時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻重新進(jìn)行濾波，也就是重復(fù)濾波法。這樣的方法可以保證濾波性能，也比較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)延遲較大時(shí)會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)極大的計(jì)算壓力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間壓力，最終會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)更多地出現(xiàn)延遲的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有高精度的慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)中時(shí)間延遲的補(bǔ)償方法。

一種慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)中時(shí)間延遲的補(bǔ)償方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一，采集慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的緯度經(jīng)度λ、航向ψ和速度V及重力儀測(cè)得的重力信號(hào)；

步驟二，利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的緯度航向ψ和速度V計(jì)算重力信號(hào)的厄特弗斯校正值，并且對(duì)厄特弗斯校正值進(jìn)行濾波處理；

其中，Δg_E為厄特弗斯校正值，R_e為緯度處的地球半徑，w_ie為地球自轉(zhuǎn)角速度，其值為7.29211×10^-5rad/s，h為重力儀所在的載體的深度，g′為重力儀所感受的重力，g為地球表面上的實(shí)際重力，

其中，μ＝GM＝398600.5×10⁹m³/s²為引力常數(shù)；

步驟三，確定重力信號(hào)的延遲時(shí)間T_d；將厄特弗斯校正值與重力信號(hào)放在同一坐標(biāo)系中，重力信號(hào)的波谷的時(shí)間減去相鄰的厄特弗斯校正值的波峰的時(shí)間，取平均值得到重力信號(hào)的延遲時(shí)間；

步驟四，利用基于重力等值線的匹配算法，獲取重力信號(hào)相應(yīng)時(shí)刻的重力儀所在的載體位置；步驟五，建立慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程，確定狀態(tài)變量x(t)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F，并確定系統(tǒng)的過(guò)程噪聲w(t)；

慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)變量x(t)由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差構(gòu)成，

其中，δλ是經(jīng)度誤差，是緯度誤差，δV_E是東向速度誤差，δV_N北向速度誤差，α,β,γ是初始的姿態(tài)誤差角，▽＝[▽_x?▽_y]^T是加速度計(jì)零偏，ε＝[ε_x?ε_y?ε_z]^T是三個(gè)軸的陀螺常值漂移；

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差為

其中，V_E為東向速度，V_N為北向速度；

慣性重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程為