[發明專利]一種INS/SAR組合導航的幾何精度因子計算方法

有效

• 申請號: 202010114429.9
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111174786B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 蘆佳振;葉莉莉;韓松來
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S13/86;G01S13/90
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發明提供一種INS/SAR組合導航的幾何精度因子計算方法，包括如下步驟：步驟一、確定INS空中觀測點的位置坐標和地面已知點的位置坐標；步驟二、將坐標系轉換至觀測點地理坐標系再轉至導航坐標系；步驟三、建立觀測矩陣，獲得有高度輔助的量測矩陣和無高度輔助的量測矩陣；步驟四、通過公式計算幾何精度因子，具體是：包括計算有高度輔助的INS/SAR組合導航模型的幾何精度因子以及計算無高度輔助的INS/SAR組合導航模型的幾何精度因子。本發明將GPS幾何精度因子分析方法引入INS/SAR組合導航，能夠快速估算可觀測度和組合導航系統誤差。

技術領域

本發明涉及導航技術領域，具體涉及一種INS/SAR組合導航的幾何精度因子計算方法。

背景技術

慣性傳感器元件(Inertial Measurement Unit，IMU)包括加速度計、陀螺儀和磁力計。利用IMU傳感器測量加速度、角速度信息，通過數學平臺獲取載體位置、速度、姿態等導航信息。IMU傳感器的運用范圍相當廣泛，無論是在智能手機、機器人技術、人體運動分析技術還是航空航天技術領域中，其都在定位和姿態感測中都起著至關重要的作用。但是，IMU傳感器數據存在漂移，可能會導致位置累計誤差。合成孔徑雷達(Synthetic ApertureRadar，SAR)是一種主動式微波遙感傳感器。SAR主動發射微波，接受其散射信號并將回波數據相干迭加以等效成一個長的合成孔徑。因為其能全天時全天候提供導航數據的特點，常采用INS(InertialNavigation System)和SAR組合導航的方式優勢互補，提高導航精度。

系統可觀測度直接影響組合導航數據融合的性能。在組合導航系統中常采用可觀測度分析方法量化組合導航性能，常見的可觀測度分析方法有：分段線性定常系統(PieceWise Constant System，PWCS)、特征值法(eigenvalues)、奇異值分解法(Singular ValueDecomposition，SVD)、卡爾曼濾波法、GPS幾何精度因子分析方法等。

分段線性定常系統通過計算可觀測矩陣定性分析可觀測度；特征值法通過計算估計誤差協方差的特征值定量分析可觀測度，特征值越大，可觀測度越大；奇異值分解法不依賴濾波結果，通過計算奇異值定量分析系統可觀測度，奇異值越大，可觀測度越大；卡爾曼濾波法首先利用估計誤差協方差求解偽觀測矩陣，再結合PWCS、特征值法和SVD等對系統可觀測度進行分析；GPS的幾何精度分析方法基于最小二乘法由估計誤差協方差求解偽觀測矩陣。現有技術缺陷是：單純利用分段線性定常系統(PWCS)只能定性分析系統的可觀測度，不具備定量分析系統可觀測度大小的能力；卡爾曼濾波法結構復雜，運算量大，無法實現快速估算；GPS的幾何精度因子分析方法基于衛星導航進行分析，不能直接應用于高度輔助的INS/SAR組合導航系統。

發明內容

本發明目的在于提供一種INS/SAR組合導航的幾何精度因子計算方法，將GPS幾何精度因子分析方法引入INS/SAR組合導航，能夠快速估算可觀測度和組合導航系統誤差，具體技術方案如下：

一種INS/SAR組合導航的幾何精度因子計算方法，包括如下步驟：

步驟一、確定INS空中觀測點的經度緯度高度位置坐標和地面已知點的經度緯度高度位置坐標(x_c y_c z_c)；

步驟二、將坐標系轉換至觀測點地理坐標系再轉至導航坐標系；

步驟三、建立觀測矩陣，獲得有高度輔助的量測矩陣H₁和無高度輔助的量測矩陣H₂，詳見表達式6)和表達式7)：

其中：r_n是一個矢量，由地面觀測點指向載體，表示r_n在導航坐標系xyz坐標軸上的分量；D_1i為慣導所測第i個地面觀測點對應偽距；