基于垂线偏差补偿的高精度姿态修正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于垂线偏差补偿的高精度姿态修正方法，其步骤为：(1)求取当前时刻的前某一时刻的垂线偏差值；(2)求得当前时刻tt对应的垂线偏差；(3)进行重力补偿；在测量初始阶段，即tt＜Δt，使用tt时刻对重力扰动进行补偿；当Δt≤tt＜2Δt，使用输出的ti时刻垂线偏差测量值ηi、ξi进行重力扰动补偿；当tt≥2Δt，使用步骤(2)中计算得到的tt时刻的垂线偏差进行重力扰动补偿；(4)进行姿态更新；补偿重力扰动后，通过速度与位置组合进行姿态更新。本发明专利技术具有能够提高姿态测量的精度和可靠性等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到组合导航
，特指一种基于惯性导航系统（IN巧与全球 定位系统（GP巧组合的用于姿态修正的高精度重力修正和补偿方法。
技术介绍
重力扰动是高精度惯性导航系统中主要的误差源，重力扰动的补偿一直是高精度 导航系统中重要的研究方向。重力扰动补偿的精度、实时性影响着导航系统的精度。高精 度姿态测量系统主要受重力扰动水平分量（对应为垂线偏差）的影响，对垂线偏差值OV) 进行补偿将减少水平加速度误差与姿态解算通道的禪合，因此垂线偏差的补偿精度与实时 性对姿态测量系统影响尤为明显。 目前，常用的重力扰动补偿方法主要包括W下H种：绝对重力传感器实测补偿法、 重力扰动建模补偿法、直接做差法。 绝对重力传感器实测补偿（参见海工大金际航等人2013年发表于CIAC会议的论 文AccuracyImprovementofShip'sInertialSystembyDeflectionsoftheVertical BasedGravityGradiometer)，即利用绝对传感器实时测量重力扰动来对惯导系统进行补 偿，实时性好，但精度会受到地形和其他客观因素的影响，且测量垂线偏差需要专用设备。 重力扰动建模补偿（参见J.K.Kwon等人2002年发表于Geophysics第67期的论 文Theeffectofstochasticgravitymodelsinairbornevectorgravimetry)，理论 上可获得重力扰动的最优估计，但重力扰动模型的建模工作较为复杂，在未勘测地区精度 有限。 直接做差法（参见K.P.Schwarz2〇〇6 年发表的论文Simultaneousdetermination ofpositionandgravityfromINS/DGPS),即利用DGPS输出的加速度与INS加速度做差 估计重力扰动，其最大的技术瓶颈在于高精度水平姿态基准获取困难，测量精度有限（参 见K.P.Schwarz等人 2001 年发表的论文Estimatingthegravitydisturbancevector fromairbornegravimetry)〇 北京航空航天大学房建成等在2014年IE邸远程传感与遥感杂志第8期发表论文 AnAccurateGravityCompensationMethodforHigh-AccuracyAirbornePOS,提出一 种直接做差-建模方法值D-M)，将直接做差法和建模法相结合，先用直接做差法得到有限 精度的重力扰动数据，在此基础上用时间序列分析法得到重力扰动分布，建立较高精度的 重力扰动模型。最后将获得的重力扰动数据代入INS/GI^系统进行解算，W此来提高系统 位置和姿态精度。该方法一定程度上提高了系统精度，但直接做差和建模的精度有限，没有 从根本上解决垂线偏差测量精度的问题，导致补偿效果有限。 [000引另有从业者在中国专利201410305314. 2中提出了一种基于INS/GI^组合的垂线 偏差动态测量装置及测量方法，其采用的技术方案如图1所示，包括惯性导航系统1、GPS 天线2、GI^接收机3及第一数据处理计算机4,用来对数据处理计算机5进行检测。它利 用INS/GPS姿态测量系统中的激光巧螺组合体（LGU)与GI^构建LGU/GPS姿态测量子系 统，其输出的姿态和INS/GI^姿态测量系统输出的姿态求差，进而计算垂线偏差。最后修正 垂线偏差测量值中的跳变误差，并利用全球重力模型数据修正垂线偏差测量值中的低频误 差。该方法利用SINS中的LGU进行姿态解算，提供一个不与垂线偏差禪合的姿态基准，用 于观测SINS/GNSS组合导航的姿态误差，并建立观测方程。通过对LGU的姿态测量误差和 垂线偏差扰动量的建模，在频域上实现LGU姿态误差与垂线偏差扰动量的解禪，最终利用 Kalman滤波估计得到垂线偏差扰动的最优估计值。该装置能够实现垂线偏差的动态测量， 并具有鲁棒性强，能够有效抑制惯性器件误差，不依赖于差分GPS，应用范围广等优点。 但是，由于该方案是针对垂线偏差测量的应用，对实时性要求不高。为提高测量精 度，方案中测量点处的垂线偏差需要通过测量点前、后各一段时间的数据进行估计，当前时 刻的垂线偏差由于数据量不足会导致估计精度相对较低，直接利用当前输出的垂线偏差进 行补偿对系统精度的提高较为有限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于；针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一 种能够提高姿态测量的精度和可靠性的。 为解决上述技术问题，本专利技术采用W下技术方案： 一种，其步骤为： (1)求取当前时刻的前某一时刻的垂线偏差值；记tt为当前时刻，为第t个测量采 样点对应的时刻，ti为第i个测量采样点对应的时刻，当前时刻输出ti时刻的高精度 垂线偏差结果为Hi、 似求得当前时刻tt对应的垂线偏差；将步骤（1)中得到的ti时刻的高精度垂线 偏差结果表示为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于垂线偏差补偿的高精度姿态修正方法，其特征在于，步骤为：(1)求取当前时刻的前某一时刻的垂线偏差值；记tt为当前时刻，为第t个测量采样点对应的时刻，ti为第i个测量采样点对应的时刻，ti<tt，当前时刻输出ti时刻的高精度垂线偏差结果为ηi、ξi；(2)求得当前时刻tt对应的垂线偏差；将步骤(1)中得到的ti时刻的高精度垂线偏差结果表示为：ηi=η^i+δηiξi=ξ^i+δξi]]>其中，为ti时刻由全球重力模型计算得到的东向和北向垂线偏差值，那么当前时刻tt对应的垂线偏差表示如下：ηt=ηi+Δη≈ηi+ηi′·Δtξt=ξi+Δξ≈ξi+ξi′·Δt]]>上式中△η、△ξ表示tt时刻与ti时刻实际垂线偏差的变化量，η′、ξ′表示ti时刻测量垂线偏差的导数，△t＝tt‑ti；(3)进行重力补偿；在测量初始阶段，即tt<△t，使用tt时刻对重力扰动进行补偿；当△t≤tt<2△t，使用输出的ti时刻垂线偏差测量值ηi、ξi进行重力扰动补偿；当tt≥2△t，使用步骤(2)中计算得到的tt时刻的垂线偏差进行重力扰动补偿；(4)进行姿态更新；补偿重力扰动后，通过速度与位置组合进行姿态更新。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于垂线偏差补偿的高精度姿态修正方法，其特征在于，步骤为： (1) 求取当前时刻的前某一时刻的垂线偏差值；记tt为当前时刻，为第t个测量采样点 对应的时刻，ti为第i个测量采样点对应的时刻，ti〈tt，当前时刻输出ti时刻的高精度垂线 偏差结果为Hi、€ i ; (2) 求得当前时刻tt对应的垂线偏差；将步骤（1)中得到的&时刻的高精度垂线偏差 结果表不为：其中，吃、I为h时刻由全球重力模型计算得到的东向和北向垂线偏差值，那么当前 时刻tt对应的垂线偏差表不如下：上式中A n、A €表示tt时刻与&时刻实际垂线偏差的变化量，n '、€ '表示h时 刻测量垂线偏差的导数，A t = tt-ti; (3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王省书，朱靖，战德军，戴东凯，秦石乔，黄宗升，郑佳兴，熊浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43