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申请/专利权人：哈尔滨工程大学

摘要：本发明提供一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，该方法采用格网坐标系为导航坐标系，以地心地固坐标系下的位置坐标表示运载器位置，提出了一种经度定位信息完全不参与导航更新的惯性导航方法，有效杜绝了极区经线收敛导致的经度误差放大给惯性导航系统带来的误差放大，达到实时、连续、长航时极区自主导航的目的。该方法不仅解决了经度误差放大导致的定位误差放大，还有效避免了经度误差放大对惯导系统导航性能的影响，更好的保证了导航系统的性能。

主权项：1.一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：将格网惯导系统安装至载体并启动预热；步骤二：选取格网坐标系为导航坐标系，格网惯性导航系统输出格网系下的姿态信息、速度信息以及地心地固坐标系下的载体位置坐标Re＝[xyz]T；步骤三：陀螺仪测量运载体角运动信息，加速度计测量运载体线运动信息，完成初始对准；步骤四：格网角更新，步骤五：坐标转换矩阵更新；步骤六：进行姿态更新；步骤七：速度更新；步骤八：位置更新；步骤九：重复步骤四至步骤八，持续更新载体姿态、速度和位置误差，直至极区导航任务结束。

全文数据：一种极区无经度更新的格网惯性导航方法技术领域本发明涉及一种极区格网惯性导航方法，尤其涉及一种极区无经度更新的格网惯性导航方法。背景技术高精度导航技术是运载器在极区工作与安全航行的重要前提，惯性导航系统以其自主性、隐蔽性与信息完备性成为海洋运载器必备导航设备之一，然而，极区运载器的惯性导航系统面对两大难题，一是经线收敛导致的定向难题，极区难寻北向；二是经线收敛导致的定位难题，经线收敛带来了经度误差严重放大。为了解决定向难题，以格网坐标系为导航坐标系的格网惯导系统被应用于极区运载器，为极区运载器提供格网航向，并以地心地固坐标系下的位置坐标表示运载器的位置信息。然而，现有的格网惯导方法中，经度信息仍然参与导航解算，这不可避免的会将放大的经度误差引入导航系统，影响导航性能。综上所述，现有的导航方法还无法完全适应极区特殊的应用环境。发明内容本发明的目的是为了提供一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，实现极区运载器的高精度导航。本发明的目的是这样实现的：步骤如下：步骤一：将格网惯导系统安装至载体并启动预热；步骤二：选取格网坐标系为导航坐标系，格网惯性导航系统输出格网系下的姿态信息、速度信息以及地心地固坐标系下的载体位置坐标Re＝[xyz]T；步骤三：陀螺仪测量运载体角运动信息，加速度计测量运载体线运动信息，完成初始对准；步骤四：格网角更新，步骤五：坐标转换矩阵更新；步骤六：进行姿态更新；步骤七：速度更新；步骤八：位置更新；步骤九：重复步骤四至步骤八，持续更新载体姿态、速度和位置误差，直至极区导航任务结束。本发明还包括这样一些结构特征：1.步骤四具体为：其中，σ为格网角，xyz为载体在地心地固坐标系下的位置坐标，Rh＝R+h，R为地球半径，h为载体高度。2.首先介绍常用坐标系，i表示惯性坐标系，b表示载体坐标系，G表示格网坐标系，g表示地理坐标系，e表示地心地固坐标系；坐标转换矩阵更新为：3.步骤六的姿态更新具体为：其中：为格网坐标系与载体坐标系之间的姿态矩阵，反对称矩阵；可以表示为：其中：为陀螺仪量测，为指令角速度：地球自转角速度其中：为载体纬，位置角速度4.步骤七的速度更新具体为：其中，fb为加速度计量测信息，gG为重力加速度在格网坐标系下的投影。5.步骤八的位置更新具体为：将地心地固坐标系下的位置坐标转换为经纬度输出，位置坐标与经纬度之间的关系为：经纬度仅用于供显示使用，不参与导航更新。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明创新性的提出一种格网惯性导航方法，以地心地固坐标系下的位置信息代替经度信息参与惯导更新，提出一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，彻底消除经线收敛带来的经度误差放大对惯性导航性能的影响；本发明不同于传统极区格网惯性导航方法，进一步抑制了极区特殊地理位置引起的惯导系统性能下降问题，采用地心地固坐标系位置坐标彻底取代经度定位信息参与导航更新，提升了极区导航性能且易于实现，因此本发明具有很高的工程应用价值。附图说明图1为本发明提出的格网惯性导航方法的基本流程框图；图2为导航系统姿态角误差曲线；图3为导航系统速度误差曲线；图4为导航系统位置误差曲线。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。本发明公开了一种极区无经度更新的格网惯性导航方法。该方法采用格网坐标系为导航坐标系，以地心地固坐标系下的位置坐标表示运载器位置，提出了一种经度定位信息完全不参与导航更新的惯性导航方法，有效杜绝了极区经线收敛导致的经度误差放大给惯性导航系统带来的误差放大，达到实时、连续、长航时极区自主导航的目的。该方法不仅解决了经度误差放大导致的定位误差放大，还有效避免了经度误差放大对惯导系统导航性能的影响，更好的保证了导航系统的性能。结合图1至图4，本发明提出一种极区无经度更新的格网惯性导航方法方法，其流程图如附图1所示，该方法的主要步骤如下：1将格网惯导系统安装至载体并启动预热；2选取格网坐标系为导航坐标系，格网惯性导航系统输出格网系下的姿态信息、速度信息以及地心地固坐标系下的载体位置坐标Re＝[xyz]T；3陀螺仪测量运载体角运动信息，加速度计测量运载体线运动信息，完成初始对准；4格网角更新：其中，σ为格网角，xyz为载体在地心地固坐标系下的位置坐标，Rh＝R+h，R为地球半径，h为载体高度。5首先介绍常用坐标系，i表示惯性坐标系，b表示载体坐标系，G表示格网坐标系，g表示地理坐标系，e表示地心地固坐标系。坐标转换矩阵更新：6进行姿态更新。其中，为格网坐标系与载体坐标系之间的姿态矩阵。为反对称矩阵。可以表示为：其中，为陀螺仪量测，为指令角速度：地球自转角速度其中，为载体纬。位置角速度7速度更新：其中，fb为加速度计量测信息，gG为重力加速度在格网坐标系下的投影。8位置更新：为了方便使用，将地心地固坐标系下的位置坐标转换为经纬度输出，位置坐标与经纬度之间的关系为：经纬度仅用于供显示使用，不参与导航更新。9重复步骤4-8，持续更新载体姿态、速度和位置误差，直至极区导航任务结束。为了验证本发明的合理性、可行性，基于VisualStudio2010设计程序，进行仿真实验验证，仿真的方案、条件及结果如下所示：1仿真时间设置仿真时长为4h，仿真步长为0.01s。2载体运动设置初始纬度75°N，初始经度126°E。模拟载体静基座条件下的工作状态，即载体无线运动和角运动。3主要误差参数设置三个陀螺仪的常值漂移分别设置为0.03°h、0.03°h和0.03°h；加速度计的零偏设置为3×10-5g。4仿真结果依上述仿真条件，对所设计的组合导航系统精度性能进行仿真，图2、图3、图4分别为格网惯导算法姿态、速度、位置误差曲线，每一个仿真图中包括了传统极区格网惯导算法导航误差曲线与无经度更新的格网惯导算法误差曲线。由图2-4可知，与传统格网惯性导航方法相比，无经度更新的格网惯导算法因不受经度误差放大的影响，舒勒振荡振幅较小、位置误差较小，具有较高的导航经度，且可以连续有效提供极区运载器所需的姿态、速度和位置信息，具有更高的导航性能。最终仿真结果表明，本发明中的极区无经度更新的格网惯性导航方法可以有效抑制经度误差放大对惯性导航系统的影响，具有更高的导航性能。综合上述分析，得到如下分析结果：通过本发明提出的极区无经度更新的格网惯性导航方法，可以提升导航系统在极区长航时工作的导航性能，连续实时提供极区运载器所需的导航信息，满足极区运载器对导航设备的需求。

权利要求：1.一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：将格网惯导系统安装至载体并启动预热；步骤二：选取格网坐标系为导航坐标系，格网惯性导航系统输出格网系下的姿态信息、速度信息以及地心地固坐标系下的载体位置坐标Re＝[xyz]T；步骤三：陀螺仪测量运载体角运动信息，加速度计测量运载体线运动信息，完成初始对准；步骤四：格网角更新，步骤五：坐标转换矩阵更新；步骤六：进行姿态更新；步骤七：速度更新；步骤八：位置更新；步骤九：重复步骤四至步骤八，持续更新载体姿态、速度和位置误差，直至极区导航任务结束。2.根据权利要求1所述的一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤四具体为：其中，σ为格网角，xyz为载体在地心地固坐标系下的位置坐标，Rh＝R+h，R为地球半径，h为载体高度。3.根据权利要求2所述的一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤五具体为：首先介绍常用坐标系，i表示惯性坐标系，b表示载体坐标系，G表示格网坐标系，g表示地理坐标系，e表示地心地固坐标系；坐标转换矩阵更新为：4.根据权利要求3所述的一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤六的姿态更新具体为：其中：为格网坐标系与载体坐标系之间的姿态矩阵，为反对称矩阵；可以表示为：其中：为陀螺仪量测，为指令角速度：地球自转角速度其中：为载体纬，位置角速度5.根据权利要求4所述的一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤七的速度更新具体为：其中，fb为加速度计量测信息，gG为重力加速度在格网坐标系下的投影。6.根据权利要求5所述的一种极区无经度更新的格网惯性导航方法，其特征在于：步骤八的位置更新具体为：将地心地固坐标系下的位置坐标转换为经纬度输出，位置坐标与经纬度之间的关系为：经纬度仅用于供显示使用，不参与导航更新。

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