[發明專利]慣性器件精度與慣性衛星深組合系統動態適應性匹配方法

在審

• 申請號: 201710483986.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107422357A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 陳駔;賴際舟;李榮冰;劉建業;季國田;趙宏宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01C21/16;G01C21/18;G01C21/00;G06F17/11
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 施昊

技術領域

本發明屬于導航技術領域，特別涉及了慣性器件精度與慣性衛星深組合系統動態適應性匹配方法。

背景技術

慣性/衛星組合導航系統是目前導航領域的一種主流導航方式，而深組合導航技術通過將慣性信息引入接收機環路，使系統同時兼具高精度和高動態下的穩定性，是目前組合導航領域的研究前沿。但是由于深組合系統涉及慣性導航和衛星導航兩套系統，其中復雜的環路輔助設計和硬件實現是制約其大規模推廣使用的技術瓶頸。

國內外科研機構和研究人員圍繞深組合的原理實現和系統開發進行了大量的相關工作，而在系統設計過程中往往會面臨在指定動態條件下的慣性器件選型問題，由于受到測試環境的制約，難以直接利用樣機進行物理性能測試，如何在設計過程中就將動態適應性考慮在內是一個很重要的問題。迄今為止，尚未見到一種普適的慣性器件精度與慣性衛星深組合系統動態適應性的匹配方法的報道。

發明內容

針對慣性/衛星深組合系統實際應用中的慣性器件選型問題，本發明旨在提供慣性器件精度與慣性衛星深組合系統動態適應性匹配方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

慣性器件精度與慣性衛星深組合系統動態適應性匹配方法，包括以下步驟：

(1)建立高動態環境下包含g敏感性誤差的慣性器件輸出模型；

(2)根據深組合系統數學編排，建立系統狀態方程和速度誤差的狀態微分方程；

(3)分析慣性器件誤差傳播特性，建立速度誤差與載體動態、慣性器件誤差以及單位輔助周期的數學關系；

(4)分析接收機載波環路跟蹤誤差的所有誤差來源，將步驟(3)中的速度誤差引入總跟蹤誤差中，計算當前接收機參數配置、慣性器件誤差等級以及載體所處動態下的環路穩態跟蹤誤差，并建立環路穩定性判別式；

(5)根據步驟(4)建立的環路穩定性判別式，判斷慣性器件的精度是否與慣性衛星深組合系統的動態要求相匹配。

進一步地，步驟(1)的具體過程如下：

(101)根據慣性器件的產品說明手冊確定各類主要固定誤差參數，包括陀螺零漂、陀螺g敏感性誤差常值項和加速度計零漂；

(102)獲取g敏感性誤差的隨機常值項、陀螺和加速度計輸出的白噪聲項；

(103)將陀螺的輸出表示為將加速度計的輸出表示為其中，為陀螺真實輸出，為陀螺理論輸出，b_g為陀螺零漂，G₀為g敏感性誤差常值系數，G_s表示g敏感性誤差隨機常值系數，為比力，η_g為陀螺輸出白噪聲，為加速度計真實輸出，為加速度計理論輸出，b_a為加速度計零漂，η_a為加速度計輸出白噪聲。

進一步地，步驟(2)的具體過程如下：

(201)選取三維位置、速度、姿態、陀螺誤差、加速度計誤差、時鐘誤差作為狀態量X＝[δR^e δV^e δψ^e δω^b δA^b δT]^T，其中，δR^e、δV^e、δψ^e表示ECEF坐標系下的三維位置、速度、姿態矢量，δω^b、δA^b表示機體坐標系下陀螺和加速度計誤差矢量，δT表示時鐘誤差矢量；

(202)根據深組合系統數學編排建立系統狀態方程：

上式中，為時鐘誤差系數矩陣，G為引力參數矩陣，μ為地球引力常量與地球質量的比值，[x y z]為ECEF坐標系下的位置矢量，為距離地心的距離，為地球旋轉角速率矩陣，ω_e＝7.292115e-5(rad/s)，為ECEF坐標系下比力矩陣，f_x/f_y/f_z分別表示ECEF坐標系下三軸加速度計輸出，為機體坐標系和ECEF坐標系的轉換矩陣，W_g為陀螺噪聲矩陣，W_a為加速度計噪聲矩陣，ω_T＝[0ω_f]^T為鐘差噪聲矩陣，w_f為鐘差漂移噪聲，I為單位陣；

(203)根據系統狀態方程，得則在單位解算周期ΔT中的位置誤差表示為δV^eΔT，再根據歸納出速度誤差的微分方程為