[發(fā)明專利]采用多普勒測速儀計算偽距/偽距率的緊組合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610053325.5
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN107015259B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 于強
• 申請（專利權）人: 中聯(lián)天通科技(北京)有限公司
• 主分類號: G01S19/49
• 分類號: G01S19/49;G01C21/18;G01S13/58
• 代理公司: 北京天江律師事務所 11537
• 代理人: 朱紅來

1.一種采用多普勒測速儀計算偽距/偽距率的緊組合方法，其特征在于：該方法分為以下步驟：

步驟1、將捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)、激光多普勒測速儀、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)安裝到運動載體上，形成運動載體的組合導航系統(tǒng)，組合導航系統(tǒng)上電啟動；

步驟2、組合導航系統(tǒng)上電啟動后，將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收到的運動載體初始位置的經(jīng)度、維度、高度作為捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的初始位置參數(shù)，將初始位置參數(shù)裝訂至捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的導航計算機中；

步驟3、運動載體保持靜止5分鐘，根據(jù)裝訂的初始位置參數(shù)進行初始對準；得到最終運動載體的初始姿態(tài)角；

步驟4、完成初始對準后，組合導航系統(tǒng)進入緊組合模式，啟動運動載體；

步驟5、由北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)采集的北斗衛(wèi)星位置、捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與激光多普勒測速儀解算的位置進行計算得到偽距、偽距率值；

然后根據(jù)得到的偽距、偽距率值與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)輸出的偽距、偽距率值之差作為組合導航系統(tǒng)的觀測量，進行緊組合導航。

2.根據(jù)權利要求1所述的采用多普勒測速儀計算偽距/偽距率的緊組合方法，其特征在于：所述步驟3初始對準的具體方式為：組合導航系統(tǒng)對陀螺和加速度計采集到的數(shù)據(jù)進行處理，然后根據(jù)捷聯(lián)捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差傳播特性和古典控制理論，采用二階調平和方位估算法來完成組合導航系統(tǒng)的粗對準，初步確定運動載體的姿態(tài)角；其中粗對準時間為2分鐘；粗對準完成后，再利用卡爾曼濾波技術進行3分鐘的精對準，得到最終運動載體的初始姿態(tài)角。

3.根據(jù)權利要求1所述的采用多普勒測速儀計算偽距/偽距率的緊組合方法，其特征在于：所述步驟5中得到的偽距、偽距率值，是采用捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)輸出的姿態(tài)信息與激光多普勒測速儀輸出的速度信息解算出運動載體的位置；進行解算時需要將激光多普勒測速儀在運動載體坐標系下的速度轉換到導航坐標系下，具體方法為：

將激光測速儀在運動載體坐標系下的速度定義為在導航坐標系下的速度定義為捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)輸出的姿態(tài)矩陣為運動載體坐標系下的速度轉換到導航坐標系下的速度關系如下：

根據(jù)導航坐標系下的激光多普勒測速儀速度和航位推算位置計算公式可以得到運動載體的位置：

(2)式中，λ、L、h分別為計算所得經(jīng)度、緯度、高度的值，λ₀、L₀、h₀分別為經(jīng)度、緯度、高度的初值，R_M、R_N分別為子午圈曲率半徑和卯酉圈曲率半徑；要計算偽距、偽距率需要將經(jīng)度、緯度、高度轉換成空間直角坐標系，計算公式如下：

x＝(R_N+h)cosLcosλ

y＝(R_N+h)cosLsinλ

z＝[R_N(1-e²)+h]sinL (3)

設由北斗衛(wèi)星星歷確定的空間直角坐標系下北斗衛(wèi)星位置為(x_s y_s z_s)^T，則可以計算得到相應于運動載體坐標系統(tǒng)所在位置的偽距ρ_I如下：

ρ_I＝[(x-x_s)²+(y-y_s)²+(z-z_s)²]^1/2 (4)

運動載體與北斗衛(wèi)星之間的偽距變化率簡稱偽距率；其中，ρ_B，分別為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收到的偽距和偽距率；

當捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成的子系統(tǒng)選擇偽距、偽距率進行組合時，系統(tǒng)的觀測量包含兩種：一種是偽距量測差值，由激光多普勒測速儀與捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)形成的子系統(tǒng)解算出解算出的偽距值與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)給出的相應偽距值作差作為一種量測值；另一種是偽距率量測差值；將運動載體與北斗衛(wèi)星間偽距的變化率表示成偽距率；偽距率量測差值由激光多普勒測速儀與捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)形成的子系統(tǒng)的偽距變化率與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)給出的相應偽距率值作差得到；

建立組合導航系統(tǒng)狀態(tài)誤差模型如下：

(5)式中，X(t)為20維系統(tǒng)誤差狀態(tài)向量；W(t)為系統(tǒng)白噪聲陣；F(t)為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣；

(6)式中φ_E,φ_N,φ_U為姿態(tài)誤差，ε_x,ε_y,ε_z為陀螺漂移，為加速度計零偏，δL,δλ,δh分別為緯度、經(jīng)度、高度誤差，δv_E,δv_N,δv_U為東、北、天速度誤差，δK_D激光測速儀標度誤差，δα_ψ,δα_θ分別為激光測速儀航向安裝角、俯仰安裝角誤差；δt_u為時鐘誤差等效的距離誤差，δt_ru為時鐘頻率誤差等效的距離率誤差；

組合導航系統(tǒng)采用偽距、偽距率的組合方式，以激光多普勒測速儀、捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)兩者偽距之差和偽距率之差同時作為系統(tǒng)觀測量；

組合導航系統(tǒng)中，ρ_B，分別為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)到北斗衛(wèi)星的偽距和偽距率，可直接由北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)給出；ρ_I，分別為激光多普勒測速儀/捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)到北斗衛(wèi)星的偽距和偽距率；

設組合導航系統(tǒng)的量測方程表示為：

Z(t)＝H(t)X(t)+V(t) (8)

(8)式中，Z(t)為系統(tǒng)觀測量，H(t)為系統(tǒng)量測矩陣，V(t)為量測噪聲陣。