[發明專利]一種高度傳感器輔助偽衛星定位的慣導初始對準方法

有效

• 申請號: 201611027137.1
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108088463B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 管春洋;何偉;張吉先;胡凌;周金龍;于之音;劉洋
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01S19/25
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高安娜

1.一種高度傳感器輔助偽衛星定位的慣導初始對準方法，包括步驟一、慣導對準封裝初始位置計算，步驟二、慣導粗對準，步驟三、慣導精對準，其特征在于：所述步驟一慣導對準封裝初始位置計算，利用高度傳感器輔助偽衛星定位需要對定位方程進行改進，待求解量變為r_PL＝[x_E y_N]^T，其中x_E，y_N為慣導系統的東向位置和北向位置，高度傳感器輔助下的偽衛星定位方程如式1所示：

對其進行線性化后得到下式：

H_hsΔr_PL＝b_PL (2)

其中：

Δr_PL＝r_PL-r_{PL_k-1}

其中ρ_PL為偽衛星到INS的距離，其中h_sensor為由高度傳感器得到的高度信息，x_PL，y_PL，h_PL為偽衛星在地球坐標系下的東向坐標，北向坐標，天向坐標，H_hs為雅克比矩陣，r_{PL_k-1}為迭代運算的上一次結果，r_PL為迭代運算的本次結果，b_PL為殘差向量，在完成了高度傳感器輔助下的定位算法的建模后，利用以上的數學模型結合牛頓迭代法以及最小二乘法即可得到載體的位置信息；

所述步驟二慣導粗對準，對慣導系統進行粗對準計算，可以得到從載體坐標系到導航坐標系的初始方向余弦矩陣如式(6)所示：

其中矩陣[g^b ω^b V^b]，可以由加速度與陀螺儀采集的到的載體坐標系下的加速度信息g^b與角速度信息ω^b直接計算得到，V^b＝g^b×ω^b，[g^l ω^l V^l]如公式7所示，通過式7可以解得初始方向余弦矩陣即完成了粗對準的過程：

其中ω_ie為地球自轉角速度，為慣導系統緯度；

所述步驟三慣導精對準，對慣導系統進行精對準計算，精對準計算利用Kalman濾波技術來得到平臺失準角信息并對慣性器件的誤差進行校正，因此應對系統進行建模得到相應的狀態方程與量測方程，由于載體處于靜止狀態因此相應的狀態向量X如下式所示：

X＝(δv_E δv_N φ_E φ_N φ_U δa_x δa_y δε_x δε_y δε_z) (8)

其中E、N、U代表東北天坐標系的東向、北向、天向，x、y、z代表慣導系統在載體坐標系下的x軸、y軸、z軸，δv為速度誤差量，φ為平臺失準角，δa為加速度計誤差，δε為陀螺儀誤差：

精對準時狀態向量的微分形式如下式所示：

其中矩陣F₁，F₂如下式所示：

其中ω_ie為地球自轉角速度，為慣導系統緯度，C為方向余弦矩陣，R為地球平均半徑，g為重力加速度；

初始對準的觀測量為Z＝[δv_E δv_N]，因此得到精對準時的量測矩陣H_k如下式所示：

利用Kalman濾波技術并結合相應的狀態方程與量測方程即可完成對INS的精對準；

按照上面步驟，即可以完成慣導系統在GNSS拒止情況下的初始對準。