[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

本發明涉及一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統及方法，其技術特點在于：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。本發明能夠提高慣性導航系統精度。

技術領域

本發明屬于慣性導航技術領域，涉及慣性導航系統，尤其是一種具備重力擾動自主補償功能的慣性導航系統及方法。

背景技術

慣性導航是根據牛頓慣性原理，利用陀螺儀建立導航坐標系，利用加速度計測量載體運動加速度，經過一次積分得到運載體的速度，再經過一次積分得到運載體的地理位置的導航方法。傳統的固定方位半解析式慣性導航系統基本原理如圖3所示，通過三只單自由度陀螺儀和框架系統構成三軸穩定平臺，通過陀螺儀敏感的角運動信息施加指令驅動力矩電機以達到隔離載體角運動的作用。

在系統定位方面，在穩定平臺始終保持水平指北的前提下，在平臺上水平安裝三只相互垂直的加速度計，三只加速度計敏感軸分布沿平臺北向軸、東向軸和垂向軸安裝，用來分別測量載體北向、東向和垂向加速度。這些加速度信號除含有運載體相對地球的運動加速度以外，還含有哥氏加速度、離心加速度及重力矢量等有害加速度。因此在解算過程中進行有害加速度A_Bx、A_By和A_Bz的補償，然后經過一次積分可得運載體速度分量，即

式中V_x(t)、V_y(t)和V_z(t)表示載體在地理坐標系下的北向、東向和垂向實時速度，V_x0、V_y0和V_z0表示載體在地理坐標系下的初始時刻北向和東向和垂向速度，A_x、A_y和A_z表示北向、東向和垂向加速度計的輸出加速度，A_Bx、A_By和A_Bz表示需要補償的北向、東向和垂向有害加速度。傳統慣導系統的有害加速度項為：

式中Ω表示地球自轉角速度，表示載體當前地理緯度，V_x、V_y表示載體北向、東向速度，R表示地球半徑，g表示地球橢球模型上的重力加速度。

將所得到速度分量在經過一次積分運算，即可得到運載體相對地球的經度、緯度和高度的變化量。如果輸入起始點的經度、緯度和高度，就可得到運載體所在地的經度、緯度和高度。

有害加速度的補償是慣性導航系統解算過程中重要環節之一，而由于加速度計無法區分運動加速度和重力加速度，一般采用正常重力模型來代替實際重力值在解算中予以補償。但由于實際地球的形狀不規則、內部質量分布不均勻、參考橢球與大地水準面不完全重合等原因，重力矢量和正常重力模型的計算值有所偏差，這種偏差稱為重力擾動。重力擾動分為重力異常和垂向偏差兩部分，其中重力異常是實際重力矢量模值與模型重力模值之差，垂向偏差為實際重力方向與模型重力方向的夾角。重力擾動矢量可表示為：

δg＝|g|-g₀

g₀＝[0 0 -g₀]^T

g＝[g_x g_y -g_z]^T