[發(fā)明專利]一種艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110161311.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN112945274B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奔粵陽(yáng);孫炎;李倩;趙玉新;陳力恒;周廣濤;李斌瑋;張強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法，通過(guò)四元數(shù)更新法計(jì)算載體系隨時(shí)間變化的姿態(tài)矩陣列寫捷聯(lián)慣導(dǎo)比力方程，兩邊同時(shí)左乘捷聯(lián)矩陣后，兩邊再同時(shí)求兩重積分；根據(jù)GPS實(shí)時(shí)獲取的艦船位置信息，計(jì)算上式中各參數(shù)值；利用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)比力方程和已求得的參數(shù)，分別列寫兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的比力方程，根據(jù)鏈?zhǔn)匠朔?zhǔn)則，得出和的關(guān)系，利用雙矢量定姿求出捷聯(lián)矩陣本發(fā)明方法利用二重積分求取各個(gè)參數(shù)，誤差更小，操作更簡(jiǎn)單、造價(jià)成本更低，更具有普適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法，特別是一種GPS位置輔助的艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法，屬于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)領(lǐng)域

背景技術(shù)

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)以其成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已成為當(dāng)前慣性技術(shù)發(fā)展的主流。初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)開始導(dǎo)航之前的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)準(zhǔn)的精度和時(shí)間直接影響捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度及捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)前，初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程一般分為兩個(gè)階段：粗對(duì)準(zhǔn)階段和精對(duì)準(zhǔn)階段。粗對(duì)準(zhǔn)階段的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)粗略的姿態(tài)估計(jì)，而精對(duì)準(zhǔn)階段則是在粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行載體初始姿態(tài)的精確估計(jì)，精對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)精度很大程度上取決于粗對(duì)準(zhǔn)的結(jié)果。因此，如何在保證粗對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)速度的情況下，提高粗對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)角估計(jì)的精度是提高整個(gè)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度關(guān)鍵一步。

目前在艦船捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)工程實(shí)踐中廣泛使用的粗對(duì)準(zhǔn)方法是解析式粗對(duì)準(zhǔn)。解析式粗對(duì)準(zhǔn)主要是根據(jù)重力矢量和地球自轉(zhuǎn)角速率這兩個(gè)矢量，分別在導(dǎo)航系與載體系下的投影關(guān)系，以及這兩個(gè)矢量的交叉乘積項(xiàng)在導(dǎo)航系與載體系下的投影關(guān)系，建立三個(gè)關(guān)系式，可以直接求解出初始姿態(tài)矩陣。但是，這個(gè)粗對(duì)準(zhǔn)方法只適用于靜基座條件下，且具有一定的失準(zhǔn)角誤差。然而，艦船捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，由于周圍環(huán)境的影響，是不可能完全滿足靜基座對(duì)準(zhǔn)的假設(shè)條件。例如，艦船在海風(fēng)和海浪的作用下，會(huì)產(chǎn)生姿態(tài)搖擺運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致艦船不是處于完全意義下的靜基座。因此，研究動(dòng)基座條件下的艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，這對(duì)提高艦船在惡劣環(huán)境下的機(jī)動(dòng)性有著重要意義。

對(duì)于動(dòng)基座條件下的粗對(duì)準(zhǔn)方法，由于行進(jìn)間粗對(duì)準(zhǔn)一般需要考慮速度矢量帶來(lái)的影響，通常要采用外部信息進(jìn)行輔助。目前艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行間粗對(duì)準(zhǔn)方法通常采用DVL進(jìn)行輔助。DVL由于工作條件限制、波速不穩(wěn)定等情況，其提供的速度可能會(huì)伴有單個(gè)或成片的野值，可能會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)準(zhǔn)精度。另外，DVL的成本較高，并不是所有艦船都會(huì)配備DVL，靠配備DVL提供外速度輔助的粗對(duì)準(zhǔn)算法不具有普適性。因此，迫切的需要一種造價(jià)相對(duì)較低，更具有普適性的艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)行進(jìn)間的粗對(duì)準(zhǔn)方法。本專利提出一種基于GPS位置輔助的艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法。

在CNKI中關(guān)于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對(duì)準(zhǔn)的相關(guān)文獻(xiàn)較多，其中典型文獻(xiàn)如2005年秦永元在《西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表《搖擺基座上基于信息的捷聯(lián)慣導(dǎo)粗對(duì)準(zhǔn)研究》論文，該方法能夠有效抑制載體晃動(dòng)對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)的影響,適用于艦船在系泊和錨泊的對(duì)準(zhǔn)需求，但當(dāng)載體存在線運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，無(wú)法消除由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度和角速度，從而會(huì)產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)誤差。2018年哈爾濱工程大學(xué)徐博的專利《基于速度信息的搖擺基座粗對(duì)準(zhǔn)方法》(專利號(hào)：ZL201710793329.1)，該方法針對(duì)的是在艦船在搖擺基座下的粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，在艦船航行中存在線運(yùn)動(dòng)，因此該方法在艦船航行中誤差較大。2013年國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)王林發(fā)表《水下INS/DVL組合導(dǎo)航與動(dòng)基快速對(duì)準(zhǔn)的自適應(yīng)濾波算法研究》論文，主要研究利用多普勒計(jì)程儀提供速度信息，將姿態(tài)矩陣分為四個(gè)矩陣求解，建立投影到慣性系下的比力方程，然后利用雙矢量定姿原理完成行進(jìn)間的粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。而該發(fā)明主要是利用INS和DVL進(jìn)行組合，所以和本發(fā)明中使用的組合器件不一致。2019年哈爾濱工程大學(xué)奔粵陽(yáng)在《系統(tǒng)工程與電子技術(shù)》期刊發(fā)表《衛(wèi)導(dǎo)輔助下的艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)航行間粗對(duì)準(zhǔn)方法》一文，這里所述方法在利用GPS的位置信息求解參數(shù)值時(shí)利用的是捷聯(lián)慣導(dǎo)比力方程求一重積分的情況。

發(fā)明內(nèi)容