[發明專利]一種高精度SINS模擬器的設計方法

有效

• 申請號: 201510059782.0
• 申請日: 2015-02-01
• 公開（公告）號: CN104713559B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 嚴恭敏;周馨怡;翁浚;秦永元
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種高精度SINS模擬器的設計方法，涉及捷聯慣導系統的仿真領域。所述方法包括：利用高精度載波相位差分GNSS與中等精度IMU融合的組合導航算法，結合Kalman濾波的部分反饋修正和三次樣條擬合方法，生成平滑的軌跡參數，再通過推導SINS反演算法實現了慣性器件的模擬采樣仿真，反演算法中充分考慮了姿態圓錐誤差和速度劃船誤差的補償。這樣設計出的SINS模擬器具有極高的精度性能和良好的頻率特性，滿足高精度SINS對數據源仿真精度和頻率復雜性的要求。

技術領域

本發明涉及捷聯慣導系統的仿真領域，尤其涉及一種高精度SINS模擬器的設計方法。

背景技術

在慣性導航系統及其組合導航的仿真研究中，運載體的運動軌跡參數和慣性器件(陀螺和加速度計)的數據源仿真是項基礎性工作，特別是研究高精度的SINS(StrapdownInertial Navigation System捷聯慣導系統)算法，更是需要高精度的數據模擬器作為支撐。以機載SINS仿真為例，傳統的基于純數學模型的軌跡模擬器，只能給出由靜止、加速、爬升、巡航和盤旋轉彎等簡單飛行動作組合的載機運動軌跡，運動形式過于簡單，效果不夠逼真，若要進一步考慮載機飛控特性和氣動環境的影響，物理和數學模型往往又過于復雜，并且理想模型與實際飛行情況之間或多或少總會存在一些差距。

發明內容

本發明的實施例提供一種高精度SINS模擬器的設計方法，設計出的SINS模擬器具有極高的精度性能和良好的頻率特性，滿足高精度SINS對數據源仿真精度和頻率復雜性的要求。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

一種高精度捷聯慣導系統SINS模擬器的設計方法，包括以下步驟：

S1、由實際捷聯慣導原始數據，即陀螺角增量Δθ_m和加速度計速度增量Δv_m，進行捷聯慣導更新算法，推算獲得當前時刻的慣導姿態、速度和位置信息；

S2、利用高精度GPS與捷聯慣導構成組合導航系統，進行Kalman濾波，估計捷聯慣導誤差；

S3、根據Kalman濾波估計的捷聯慣導誤差，使用部分反饋修正方法修正所述當前時刻的慣導姿態、速度和位置信息，得到精確并且平滑的姿態、速度和位置組合導航參數；

S4、對姿態和位置組合導航參數作三次樣條函數擬合，獲得分段連續的軌跡函數，即姿態函數A(t)和位置函數p(t)，由位置函數p(t)微分并乘以相應系數得到速度函數vⁿ(t)；

S5、對軌跡函數A(t)、vⁿ(t)和p(t)作等間隔插值，得到離散的軌跡序列，即姿態序列A_k、速度序列和位置序列p_k；

S6、根據聯慣導航反演算法進行慣性器件模擬，即獲得陀螺角增量Δθ_k和加速度計速度增量Δv_k模擬采樣序列。

上述技術方案提供的高精度SINS模擬器的設計方法，利用高精度載波相位差分GNSS(全球衛星導航系統)與中等精度IMU(慣性測量單元)融合的組合導航算法，結合Kalman濾波的部分反饋修正和三次樣條擬合方法，生成平滑的軌跡參數，再通過推導SINS反演算法實現了慣性器件的模擬采樣仿真，反演算法中充分考慮了姿態圓錐誤差和速度劃船誤差的補償。通過機載飛行實驗數據驗證表明，所提慣性器件模擬器具有極高的精度性能和良好的頻率特性，滿足高精度SINS對數據源仿真精度和頻率復雜性的要求。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種高精度SINS模擬器的設計方法的流程示意圖；

圖2為本發明實施例提供的載機1小時飛行軌跡的水平投影圖；