[發明專利]一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統及方法

有效

• 申請號: 201811407237.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109470241B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 李中;李達;王偉;高巍
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

1.一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統，其特征在于：包括平臺式慣性導航系統、慣性信息測量模塊和重力梯度測量模塊；所述平臺式慣性導航系統包括三軸平臺框架、平臺臺體和平臺底座；所述慣性信息測量模塊包括慣性測量單元和重力測量模塊；所述平臺底座上安裝有平臺框架，在該平臺框架上安裝有平臺臺體；在該平臺臺體上固裝有慣性測量單元和重力測量模塊、重力梯度測量模塊；所述慣性測量單元輸出線運動和角運動信息進行導航解算；所述三軸平臺框架將平臺臺體穩定在地理坐標下，同時輸出載體位置、速度、航向、姿態導航信息；所述重力測量模塊和重力梯度測量模塊同步測量載體當前位置的重力異常信息和全張量重力梯度信息，計算出載體當前位置的重力矢量信息，并將重力矢量信息用于慣性測量單元的導航解算；

所述的一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統的導航方法，包括以下步驟：

步驟1、慣性導航系統在執行導航功能的同時，同步完成重力和重力梯度實時測量；

步驟2、根據步驟1獲得的重力梯度張量的測量值結合慣導系統解算出當前載體的位置信息，實時計算載體當前位置的重力矢量水平雙分量；

步驟3、通過當前位置的重力異常值，結合步驟2中得到的當前位置的重力矢量水平分量，計算載體當前位置的重力矢量垂向分量，從而得到地理坐標系下的重力矢量；

步驟4、利用地理坐標系下的重力矢量三分量，在慣導系統解算中更高精度的補償有害加速度中的重力矢量。

2.根據權利要求1所述的一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統的導航方法，其特征在于：所述步驟2的具體步驟包括：

(1)在系統正常工作時，平臺上的重力測量組件輸出當前位置的重力異常值δg，重力梯度測量組件輸出當前位置的重力梯度全張量信息Γ，其中Γ在數學上可表示為：

式中，Γ_ij(i,j＝x,y,z)為梯度張量的分量，表示重力分量g_i在j方向上的變化率；

(2)將所得到重力梯度信息中的水平分量對位置經過一次積分運算，即可得到當前位置重力矢量水平分量的變化量；如果輸入起始點的重力矢量水平分量g_x0及g_y0，就可得到運載體所在地重力矢量的水平分量Δg_x及Δg_y，即：

式中g_x(p)、g_y(p)表示當前位置重力矢量的北向、東向分量，g_x0、g_y0表示初始位置重力矢量的北向、東向分量。

3.根據權利要求1所述的一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統的導航方法，其特征在于：所述步驟2的具體步驟包括：

所述步驟3的具體步驟包括：

(1)重力儀輸出的載體當前位置的重力異常值δg，即實際重力矢量與模型重力矢量的模之差；模型重力矢量模g₀的計算式為：

式中，g_e＝9.78049m/s²表示赤道海平面上的重力加速度；

(2)將重力儀輸出的載體當前位置的重力異常值δg與模型重力矢量模g₀相加，可得到載體當前位置的重力矢量模值|g|，即：

|g(p)|＝g₀(p)+δg(p)

(3)再將得到的載體當前位置的重力矢量模值|g(p)|進行坐標分解，即可得到重力矢量在垂向上的投影，即：