[發明專利]一種長航時慣導/天文全球組合導航方法

有效

• 申請號: 202110502741.X
• 申請日: 2021-05-09
• 公開（公告）號: CN113108788B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王林;魏國;高春峰;于旭東;王國臣
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/16;G01C21/02
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發明屬于導航技術領域，公開了一種長航時慣導/天文全球組合導航方法，適用于航海、航空領域的全球導航航行。本發明以地理坐標系、格網坐標系下的組合導航濾波器為基礎，并基于空間直角坐標表示大船、大飛機在高緯度地區的位置，以此建立了系統誤差狀態及其協方差矩陣在兩個導航坐標系之間的轉換關系，設計了濾波狀態穩定的組合導航濾波器，解決了坐標系轉換過程中的濾波狀態跳變問題，并實現位置坐標在高緯度地區的平滑輸出；以CNS提供的姿態信息為觀測量，對RINS的姿態誤差進行估計校正，并能保證導航過程自主性。此外，設計的濾波器采用了開環結構，能夠保證RINS、CNS系統導航信息的獨立性，滿足了大船、大飛機的全球安全可靠航行。

技術領域

本發明屬于導航技術領域，涉及慣性/天文組合導航方法，特別涉及一種長航時慣導/天文全球組合導航方法，適用于航海、航空領域的全球導航航行。

背景技術

近年來，航海、航空制造業進步迅速，大船、大飛機逐步在軍民領域得到了越來越多的應用。對于大船、大飛機而言，安全可靠的全球導航能力是衡量其先進性的重要指標。為此，在大船、大飛機導航系統設計時，需要對導航系統的設計問題進行針對性研究。

大船、大飛機對導航的精度指標、可靠性有更高的要求，需要著重考慮這兩方面的因素。近年來，旋轉調制慣導(Rotational Inertial Navigation System,RINS)在航海、航空等長航時領域得到了越來越多的應用，旋轉調制慣導能夠抵消慣性器件的確定性誤差，進而提高導航精度，相較于一般的純捷聯慣導，其導航精度可以提高一個數量級，但其存在長期定位誤差發散的問題，需要外界其它導航系統的輔助才能抑制誤差發散問題；天文導航系統(Celestial Navigaiton System,CNS)能夠提供載體的姿態信息，具有長期穩定性高、誤差不累積的特點，并且天文導航系統具備導航自主性，不受電磁環境影響，但天文導航系統存在易受天氣因素影響的缺點，并且不能提供全部的導航參數；旋轉調制慣導與天文導航系統結合起來構成RINS/CNS組合導航系統是一種十分理想的方案，具有完全的自主性、優勢明顯，但須針對可靠、全球導航進行特別設計。

現有針對大船、大飛機全球導航的研究主要關注的僅僅是在高緯度地區的區域導航能力，對大船、大飛機在不同緯度、不同區域之間的連續航行過程缺少足夠認識。目前，在中低緯度地區，RINS/CNS組合導航算法一般在當地水平地理坐標系下設計，在高緯度地區一般在格網坐標系下設計。當大船、大飛機在兩個地區之間連續航行時，組合導航算法需要在不同坐標系之間轉換，以實現組合導航濾波器的一致估計，避免濾波狀態震蕩，而這正是現有技術忽視的地方。另一方面，為了保證導航信息的可靠性，在設計組合導航算法時，要保證RINS與CNS之間信息的獨立性，傳統的閉環反饋濾波方法難以適用。

本發明針對目前存在的問題，提出一種長航時慣導/天文全球組合導航方法，以地理坐標系、格網坐標系下的組合導航濾波器為基礎，并基于空間直角坐標表示大船、大飛機在高緯度地區的位置，以此建立了系統誤差狀態及其協方差矩陣在兩個導航坐標系之間的轉換關系，設計了濾波狀態穩定的組合導航濾波器，解決了坐標系轉換過程中的濾波狀態跳變問題，并實現位置坐標在高緯度地區的平滑輸出；以CNS提供的姿態信息為觀測量，對RINS的姿態誤差進行估計校正，并能保證導航過程自主性。此外，設計的濾波器采用了開環結構，能夠保證RINS、CNS系統導航信息的獨立性，滿足了大船、大飛機的全球安全可靠航行。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：提供完全自主的全球導航方案，解決大船、大飛機全球航行過程中導航坐標系轉換導致的濾波不穩定問題，實現系統誤差狀態的平滑過渡，提高導航精度，并且同時保證旋轉調制慣導系統與天文導航系統的獨立性，并且實現位置坐標在高緯度地區的平滑輸出，為大船、大飛機安全可靠航行提供更加準確的導航信息。

為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為：

一種長航時慣導/天文全球組合導航方法，包括以下步驟：