[發(fā)明專利]動(dòng)態(tài)干擾條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的緯度未知自對(duì)準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610540157.2
• 申請(qǐng)日: 2016-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106123921B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴福俊;智巖;梁青琳;魏曉麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00;G01C21/16
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

動(dòng)態(tài)干擾條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的緯度未知自對(duì)準(zhǔn)方法，首先，利用重力加速度在慣性坐標(biāo)系投影不變的特點(diǎn)，構(gòu)建幾何解析公式，對(duì)重力加速度進(jìn)行積分得到速度信息，用速度信息計(jì)算載體所在位置緯度值，然后，基于雙矢量定姿原理，利用慣性系重力加速度包含指北信息的特性，實(shí)現(xiàn)慣性系下粗略的初始姿態(tài)陣的求解，最后，在完成粗對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用速度誤差方程、失準(zhǔn)角方程和緯度誤差方程構(gòu)建緯度未知?jiǎng)討B(tài)干擾條件下的精對(duì)準(zhǔn)誤差模型，利用基于新息的自適應(yīng)濾波方法，解算出緯度誤差角和載體的失準(zhǔn)角，用緯度誤差角補(bǔ)償緯度值，用失準(zhǔn)角修正捷聯(lián)姿態(tài)矩陣，實(shí)現(xiàn)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度快速自對(duì)準(zhǔn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供的是一種動(dòng)態(tài)干擾條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的緯度未知自對(duì)準(zhǔn)方法，涉及晃動(dòng)基座下載體所在位置緯度信息的計(jì)算、慣性系下粗略的初始姿態(tài)陣的求解、精對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)空間模型的建立、基于新息的自適應(yīng)濾波方法對(duì)緯度誤差角和載體失準(zhǔn)角的解算、緯度誤差角對(duì)緯度值的補(bǔ)償、失準(zhǔn)角對(duì)捷聯(lián)姿態(tài)矩陣的修正。本發(fā)明適合應(yīng)用于受外界干擾較大姿態(tài)信息時(shí)刻都在發(fā)生變化、不會(huì)提供精確定位信息的場(chǎng)合下的載體的捷聯(lián)慣導(dǎo)自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，諸如處于隧道深處、深山密林或者深海海底的載體、發(fā)動(dòng)機(jī)處于高頻振動(dòng)的汽車、在停機(jī)坪上受大風(fēng)力作用做較大晃動(dòng)的飛機(jī)、在風(fēng)浪作用下做較大幅度搖擺的艦船、格斗狀態(tài)下的戰(zhàn)斗機(jī)等的自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。

背景技術(shù)

導(dǎo)航就是以一定的精度、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將載體沿著預(yù)定的路線引導(dǎo)至目的地的過(guò)程。慣性導(dǎo)航是一種自主式導(dǎo)航技術(shù)，它不依靠外界信息，也不向外界輻射任何能量，僅利用陀螺儀和加速度計(jì)等慣性測(cè)量器件以及初始的導(dǎo)航信息來(lái)確定載體運(yùn)行期間的各項(xiàng)導(dǎo)航參數(shù)，隱蔽性好、抗干擾性強(qiáng)，能夠全天時(shí)、全天候?yàn)檩d體提供完備的運(yùn)動(dòng)信息，以其獨(dú)有的特點(diǎn)始終有著不可替代的地位。其中，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航技術(shù)將陀螺儀和加速度計(jì)直接安裝在載體上，得到載體系下的加速度和角速度，然后通過(guò)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)將測(cè)得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至導(dǎo)航坐標(biāo)系完成導(dǎo)航，它不需要實(shí)體的穩(wěn)定平臺(tái)，具有成本低、體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)日趨成熟，精度逐步提高，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在進(jìn)入導(dǎo)航工作之前，需要獲得初始姿態(tài)以及位置信息，即進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。初始對(duì)準(zhǔn)通常分為兩個(gè)階段：粗對(duì)準(zhǔn)階段和精對(duì)準(zhǔn)階段。粗對(duì)準(zhǔn)階段可由外界信息或者根據(jù)陀螺和加速度計(jì)的輸出，求出一個(gè)粗略的初始姿態(tài)矩陣，將失準(zhǔn)角估計(jì)到一定的精度范圍內(nèi)。然后在粗對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以速度誤差作為觀測(cè)量，建立初始對(duì)準(zhǔn)誤差模型，通過(guò)一定的濾波算法估計(jì)姿態(tài)誤差角，對(duì)初始姿態(tài)矩陣進(jìn)行校正，完成精對(duì)準(zhǔn)。

靜基座自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)已比較成熟，而動(dòng)基座自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)依舊是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。有些諸如發(fā)動(dòng)機(jī)處于高頻振動(dòng)的汽車、浪涌下的艦船等受干擾較大的載體，角振動(dòng)和線振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致基座晃動(dòng)，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的姿態(tài)時(shí)刻都在發(fā)生變化，初始對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間和精度會(huì)受到影響。因此，在運(yùn)載體晃動(dòng)干擾環(huán)境下完成初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，就必須屏蔽這些無(wú)法消除的擾動(dòng)影響。

無(wú)論是靜基座自對(duì)準(zhǔn)方法還是動(dòng)基座自對(duì)準(zhǔn)方法，無(wú)論粗對(duì)準(zhǔn)還是精對(duì)準(zhǔn)，都要求準(zhǔn)確的知道當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋绻乩砭暥却嬖谡`差，將可能影響到初始對(duì)準(zhǔn)的精度。然而在深山荒野，海上等環(huán)境中，想要獲得當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢眯畔⒉⒉皇且患苋菀椎氖虑椋换蛘吣承?yīng)用場(chǎng)合，如通信衛(wèi)星跟蹤或者武器平臺(tái)的穩(wěn)定，有較高的定向要求，而沒(méi)有必要提供精確的定位要求；或者在某些應(yīng)急場(chǎng)合，如軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中，受到敵方攻擊，需要迅速做出反擊，而定位系統(tǒng)來(lái)不及工作，卻急需定向。在上述緯度未知的條件下，想要完成初始時(shí)刻自對(duì)準(zhǔn)，就必須先完成載體所在位置緯度信息值的估計(jì)。