[發(fā)明專利]基于地磁梯度張量矩陣正交對角化的水下全姿態(tài)確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011284160.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504266B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃玉;武立華;秦洋;劉蘇濤;張濤;王洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/20
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1.一種基于地磁梯度張量矩陣正交對角化的水下全姿態(tài)確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：按十單軸磁強(qiáng)計的對稱陣列形式構(gòu)建地磁梯度張量測量裝置并捷聯(lián)在載體上；所述的地磁梯度張量測量裝置包括第一三軸磁強(qiáng)計、第二三軸磁強(qiáng)計、第一二軸磁強(qiáng)計和第二二軸磁強(qiáng)計；設(shè)定第一三軸磁強(qiáng)計布置在載體上的位置為點A，第二三軸磁強(qiáng)計布置在載體上的位置為點B，第一二軸磁強(qiáng)計布置在載體上的位置為點C，第二二軸磁強(qiáng)計布置在載體上的位置為點D，且線段AB與線段CD垂直相交于點O，

以點O為原點，線段AB所在直線為x_b軸，線段CD所在直線為y_b軸，垂直于平面ABCD的直線為z_b軸，建立載體坐標(biāo)系ox_by_bz_b；l_x和l_y分別為ox_b坐標(biāo)軸和oy_b坐標(biāo)軸方向上的梯度測量基線長；

步驟2：獲取第一三軸磁強(qiáng)計、第二三軸磁強(qiáng)計、第一二軸磁強(qiáng)計和第二二軸磁強(qiáng)計的地磁場測量值，計算載體坐標(biāo)系ox_by_bz_b下的地磁梯度張量矩陣G^b；

第一三軸磁強(qiáng)計在ox_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₁，第一三軸磁強(qiáng)計在oy_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₂，第一三軸磁強(qiáng)計在oz_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₃，第二三軸磁強(qiáng)計在ox_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₄，第一三軸磁強(qiáng)計在oy_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₅，第一三軸磁強(qiáng)計在oz_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₆；第一二軸磁強(qiáng)計在oy_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₇，第一二軸磁強(qiáng)計在oz_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₈，第二二軸磁強(qiáng)計在oy_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₉，第二二軸磁強(qiáng)計在oz_b坐標(biāo)軸方向上測得的地磁場分量值為h₁₀；

所述的載體坐標(biāo)系ox_by_bz_b下的地磁梯度張量矩陣G^b為：

步驟3：根據(jù)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的指示位置，從預(yù)先存儲的地磁梯度張量數(shù)據(jù)庫中提取地理坐標(biāo)系下地磁梯度張量矩陣Gⁿ的5個獨立分量及

步驟4：載體坐標(biāo)系ox_by_bz_b下的地磁梯度張量矩陣G^b和地理坐標(biāo)系下的地磁梯度張量矩陣Gⁿ具有相同的特征值，對這兩個地磁梯度張量矩陣分別進(jìn)行對角化處理，并對它們的特征向量進(jìn)行正交歸一化處理；

步驟4.1：計算地磁梯度張量的特征值λ_i，i＝1,2,3；

步驟4.2：分別計算矩陣Gⁿ和G^b的特征向量α_ni和α_bi；

步驟4.3：如果特征值λ_i沒有重根，則令β_ni＝α_ni，β_bi＝α_bi，執(zhí)行步驟4.5；否則，執(zhí)行步驟4.4；

步驟4.4：對特征向量α_ni和α_bi進(jìn)行正交化處理，得到β_ni和β_bi；

步驟4.5：對β_ni和β_bi進(jìn)行單位化處理，得到ε_ni和ε_bi；

步驟5：根據(jù)選取的特征向量正負(fù)號的不同，由ε_ni和ε_bi分別構(gòu)造出8組不同的正交矩陣Q_n和Q_b，記為Q_n(k)和Q_b(k)，k＝1,2,…,8；

步驟6：計算出8種可能的姿態(tài)矩陣Q(k)，由姿態(tài)角的初始解計算初始姿態(tài)矩陣計算8種可能的姿態(tài)矩陣Q(k)與之差的F-范數(shù)值，選擇F-范數(shù)值最小的Q(k)作為最終選取的姿態(tài)矩陣

步驟7：由計算得俯仰角θ、航向角ψ與橫滾角φ的值；

θ＝-arcsinc₃₁

其中，c_ij為姿態(tài)矩陣的第i行、第j列元素；