[發明專利]地固坐標系下動基座重力矢量估計方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202011622796.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112882118B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 李京書;毛寧;何泓洋;吳艷杰;江鵬飛;安文;林恩凡
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/06;G01C21/16
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述地固坐標系下動基座重力矢量估計方法包括：

獲取與地球系相對靜止的地固系作為重力矢量的參考基準；

選擇相對于慣性系，軸向穩定精度較高的陀螺和加速度計；

動態時通過初始粗對準技術求解載體相對于地固系的姿態矩陣；

在粗對準的基礎上，通過kalman濾波求解載體系相對于地固系高精度姿態矩陣；

構建重力估計算法；

獲取框架、捷聯、基準重力儀結構及對所述框架、捷聯、基準重力儀結構進行考核；

若重力矢量方向精度優于1，則陀螺能夠敏感到最小角速度為：

w_ie×sin(1)＝8×10^-5°/h；

加速度計能夠敏感到最小加速度為：

g×sin(1)＝5μg＝5mGal。

2.如權利要求1所述的地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述姿態優化解析法將姿態陣分解為如下形式：

由于地固系全球范圍內指向穩定不變，故通過上式將當前時刻姿態對準問題轉化為優化求解0時刻的求解問題，再更新到當前時刻完成姿態估計，核心問題是如何求解

將所述姿態優化解析法將姿態陣分解公式帶入比力方程：

直接給出的優化解析方法：

粗對準階段，仍以直接引入正常重力矢量γⁿ，由上式可以看出，求解是否準確取決于α_v和β_v；α_v是陀螺和加速度計的數據輸出，跟導航系沒有關系；那么β_v的精度影響著的求解，該方程(3)形式與地理坐標系下優化對準相比，潛在誤差源更少；通過用q-method方法對其求解即可得矩陣

3.如權利要求1所述的地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述通過kalman濾波求解載體系相對于地固系高精度姿態矩陣，包括：

其中，δV^e'代表地固系下速度誤差，φ^e'代表姿態誤差，為加速度計的輸出，代表加速度計零偏，陀螺零偏；是載體系相對于地固系的姿態矩陣，是陀螺的直接輸出，作為地球自轉角速度屬于地球固有屬性，高精度測量，是已知量。

4.如權利要求1所述的地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述重力估計算法為：

5.如權利要求1所述的地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述框架包括：

搭載滿足動態性能和精度的陀螺和加速度計，組建慣導系統測量框架，測量載體系在地固系下的旋轉姿態陣，控制框架追蹤地固系，為捷聯重力儀提供良好的測量環境；所集成的姿態算法以姿態解算的穩定性為目標，穩定平臺穩定精度0.01°滿足要求。

6.如權利要求1所述的地固坐標系下動基座重力矢量估計方法，其特征在于，所述捷聯包括：

裝載專門設計的犧牲動態性的高精度捷聯式陀螺和加速度計，并加入溫控裝置，組建捷聯慣性重力儀，為重力矢量測量的核心；集成如下算法：

一套算法是姿態算法：實時敏感載體系到地固系姿態陣，這一姿態陣是捷聯安裝于框架上動態性較佳而精度較差的慣導系統，無法測量或者無法通過控制達成的小角度姿態矩陣；第二套算法是重力矢量測量算法，也是捷聯重力儀的核心算法，用于解算出重力在地固系下的矢量表述。