[發明專利]一種全自主高精度的捷聯慣導系統重力擾動補償方法

在審

• 申請號: 202310223350.3
• 申請日: 2023-03-09
• 公開（公告）號: CN116592910A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 王新龍;楊潔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16;G01C21/20;G01C21/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

1.一種全自主高精度的捷聯慣導系統重力擾動補償方法，其特征在于,包括以下步驟：

S1：根據重力擾動位、重力擾動和重力擾動梯度在地球坐標系下的內在聯系，建立重力擾動、重力擾動梯度與重力擾動變化率在地理坐標系下的內在耦合關系；

S2：基于重力擾動位的單值連續性和重力擾動場的保守性構建重力擾動梯度分量的約束方程并采用隨機過程對相互獨立的重力擾動梯度分量進行描述以構建重力擾動及擾動梯度狀態模型；

S3:根據多普勒測速儀測量的速度以及陀螺儀測量的角速度進行多普勒測速儀-陀螺儀導航解算,得到與重力擾動無關的導航參數；

S4:利用捷聯慣導系統導航解算輸出的與重力擾動相關的導航參數和所述與重力擾動無關的導航參數進行參數匹配，獲得匹配參數；

S5:根據重力擾動及擾動梯度狀態模型對重力擾動分量及重力擾動梯度分量在狀態估計濾波器中進行一步預測；利用所述匹配參數對一步預測結果進行量測更新以獲得最終預測結果；

S6：利用重力擾動分量的最終預測結果對捷聯慣導系統的導航解算過程進行修正。

2.根據權利要求1所述的一種全自主高精度的捷聯慣導系統重力擾動補償方法，其特征在于,S1中所述內在耦合關系的構建過程包括：

S11：獲取重力擾動位、重力擾動和重力擾動梯度在地球坐標系下的內在聯系：

式中，T表示重力擾動位；e表示地球坐標系，r表示地心指向載體所在位置的矢量；δg^e表示地球坐標系e下的重力擾動，δΓ^e表示地球坐標系e下的重力擾動梯度；

S12：將地球坐標系e下的重力擾動δg^e和地球坐標系e下的重力擾動梯度δΓ^e投影至地理坐標系n下，獲得地理坐標系n下的重力擾動δgⁿ和地理坐標系n下的重力擾動梯度δΓⁿ：

式中，e表示地球坐標系；n表示地理坐標系；表示地球坐標系e相對地理坐標系n的方向余弦矩陣；δgⁿ表示地理坐標系n下的重力擾動；δΓⁿ表示地理坐標系n下的重力擾動梯度；

S13:對地理坐標系n下的重力擾動δgⁿ進行時間求導獲得地理坐標系n下的重力擾動變化率

式中，表示對應的反對稱矩陣，表示地理坐標系n相對地球坐標系e的角速度在地理坐標系n的投影，其為理想值；

同時，地球坐標系e下的重力擾動變化率地球坐標系e下的重力擾動梯度δΓ^e和地球坐標系e下的載體速度v^e滿足如下關系：

式中，v^e表示地球坐標系e下的載體速度；表示地球坐標系e下的重力擾動變化率；

將式(6)和式(4)代入式(5)得到所述在地理坐標系下的內在耦合關系：

式中，vⁿ表示地理坐標系n下的載體速度；δΓⁿ表示地理坐標系n下的重力擾動梯度；δgⁿ表示地理坐標系n下的重力擾動；表示對應的反對稱矩陣，表示地理坐標系n相對地球坐標系e的角速度在地理坐標系n的投影；

其中，重力擾動梯度δΓⁿ具體為：

δΓ_EE表示重力擾動位T關于東向E的二階偏導數；δΓ_EN表示重力擾動位T先對東向E求偏導、再對北向N求偏導；δΓ_EU表示重力擾動位T先對東向E求偏導、再對天向U求偏導；δΓ_NE表示重力擾動位T先對北向N求偏導、再對東向E求偏導；δΓ_NN表示重力擾動位T關于北向N的二階偏導數；δΓ_NU表示重力擾動位T先對北向N求偏導、再對天向U求偏導；δΓ_UE表示重力擾動位T先對天向U求偏導、再對東向E求偏導；δΓ_UN表示重力擾動位T先對天向U求偏導、再對北向N求偏導；δΓ_UU表示重力擾動位T關于天向U的二階偏導數。