[發明專利]一種慣性/天文深組合導航系統安裝誤差五位置快速粗標定方法

有效

• 申請號: 201810033992.6
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108562305B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 寧曉琳;張杰;袁維平;房建成;劉剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;鄧治平

本發明涉及一種慣性/天文深組合導航系統安裝誤差五位置快速粗標定方法。根據不同坐標系下恒星方向和重力方向角度不變這一特性，星敏感器一次只觀測一顆星，運載體的姿態變化使星敏感器在五個不同位置觀測到不同的五顆星，建立相應的方程組，從而求解慣性/天文深組合導航系統星敏感器相對于IMU坐標系的安裝誤差。本發明彌補了對慣性/天文深組合導航系統安裝誤差標定方法研究的不足，同時使安裝誤差的求解更加簡單、快速。

技術領域

本發明屬于導航領域，一種慣性/天文深組合導航系統安裝誤差五位置快速粗標定方法。

背景技術

近年來，慣性/天文組合導航系統以其自主性強、不受電磁干擾、隱蔽性好、精度高等特點，在航空航天及國防軍事領域得到了廣泛應用。若用天文來輔助慣性導航進行定位，天體高度是重要的量測量之一。天體高度是恒星星光方向與當地水平方向之間的夾角，包含了運載體的位置信息。在實際應用中常用星敏感器來獲取恒星星光方向，慣導輸出重力方向，從而計算出天體高度作為量測信息。由于星敏感器相對于IMU的安裝誤差帶來的誤差遠遠高于星敏感器本身的測量誤差，嚴重影響了天體高度的精度，從而影響慣性/天文組合導航系統的定位精度。因此星敏感器相對于IMU的安裝誤差是制約慣性/天文組合導航精度的主要因素之一。

針對慣性/天文組合導航系統中星敏感器相對于IMU的安裝誤差標定，現有的方法主要有地面標定法和基于姿態的標定方法，地面標定法主要是用星模擬器模擬遠處恒星，通過經緯儀測量星敏感器相對于IMU的安裝誤差，但是這種方法需要多種儀器設備，且對設備精度要求高，成本高，操作復雜。基于姿態的標定方法是利用慣導和天文輸出的姿態矩陣之差來標定星敏感器相對于IMU的安裝誤差，然而這種方法至少需要同時觀測3顆星，在無法同時觀測到多顆星的情況下并不適用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為彌補現有對慣性/天文深組合導航系統安裝誤差標定方法研究的不足，提出一種慣性/天文深組合導航系統安裝誤差五位置快速粗標定方法，提供更加簡單快速的安裝誤差標定結果，可以為后續的濾波等精標定方法提供初值。

本發明提出一種慣性/天文深組合導航系統安裝誤差五位置快速粗標定方法，通過星敏感器坐標系、導航坐標系和慣性坐標系下的恒星方向矢量和重力方向夾角不變這一特點，星敏感器一次只觀一顆星，運載體的位置不變，姿態變化，在五個位置可以觀測到五顆不同的恒星，從而構建方程組，求解方程組即實現慣性/天文組合導航星敏感器相對于IMU安裝誤差的快速粗標定。

具體包括以下步驟：

1.調平慣導使運載體俯仰角、橫滾角為0；

利用加速度計的輸出來調平慣導，當加速度計輸出為的時候，則慣導被調平，此時運載體的俯仰角、橫滾角可近似為0，其中g為重力加速度。

2.運載體位置不變，運載體的航向角變化三次，使星敏感器觀測三顆不同的恒星；

運載體位置不變，俯仰角、橫滾角為0，運載體航向角變化，星敏感器觀測恒星，一次只觀一顆星。

在慣性坐標系、星敏感器坐標系、導航坐標系下恒星方向和重力方向的夾角不變，即

S_i^T·g_i＝S_c^T·g_c＝S_n^T·g_n (1)