一种高精度SINS模拟器的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种高精度SINS模拟器的设计方法，涉及捷联惯导系统的仿真领域。所述方法包括：利用高精度载波相位差分GNSS与中等精度IMU融合的组合导航算法，结合Kalman滤波的部分反馈修正和三次样条拟合方法，生成平滑的轨迹参数，再通过推导SINS反演算法实现了惯性器件的模拟采样仿真，反演算法中充分考虑了姿态圆锥误差和速度划船误差的补偿。这样设计出的SINS模拟器具有极高的精度性能和良好的频率特性，满足高精度SINS对数据源仿真精度和频率复杂性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及捷联惯导系统的仿真领域，尤其涉及一种高精度SINS模拟器的设计 方法。
技术介绍
在惯性导航系统及其组合导航的仿真研宄中，运载体的运动轨迹参数和惯性器件 (陀螺和加速度计）的数据源仿真是项基础性工作，特别是研宄高精度的SINS(Strapdown Inertial Navigation System捷联惯导系统）算法，更是需要高精度的数据模拟器作为支 撑。以机载SINS仿真为例，传统的基于纯数学模型的轨迹模拟器，只能给出由静止、加速、 爬升、巡航和盘旋转弯等简单飞行动作组合的载机运动轨迹，运动形式过于简单，效果不够 逼真，若要进一步考虑载机飞控特性和气动环境的影响，物理和数学模型往往又过于复杂， 并且理想模型与实际飞行情况之间或多或少总会存在一些差距。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种高精度SINS模拟器的设计方法，设计出的SINS模拟器 具有极高的精度性能和良好的频率特性，满足高精度SINS对数据源仿真精度和频率复杂 性的要求。 为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案： 一种高精度捷联惯导系统SINS模拟器的设计方法，包括以下步骤： S1、由实际捷联惯导原始数据，即陀螺角增量A 0m和加速度计速度增量Avm，进 行捷联惯导更新算法，推算获得当前时刻的惯导姿态、速度和位置信息； S2、利用高精度GPS与捷联惯导构成组合导航系统，进行Kalman滤波，估计捷联惯 导误差； S3、根据Kalman滤波估计的捷联惯导误差，使用部分反馈修正方法修正所述当前 时刻的惯导姿态、速度和位置信息，得到精确并且平滑的姿态、速度和位置组合导航参数； S4、对姿态和位置组合导航参数作三次样条函数拟合，获得分段连续的轨迹函数， 即姿态函数A(t)、速度函数一⑴和位置函数p(t); S5、对轨迹函数A(t)、vn(t)和p(t)作等间隔插值，得到离散的轨迹序列，即姿态 序列A k、速度序列 < 和位置序列Pk; S6、根据联惯导航反演算法进行惯性器件模拟，即获得陀螺角增量A 0 k和加速度 计速度增量AVk模拟采样序列。 上述技术方案提供的高精度SINS模拟器的设计方法，利用高精度载波相位差分 GNSS(全球卫星导航系统）与中等精度MU(惯性测量单元）融合的组合导航算法，结合 Kalman滤波的部分反馈修正和三次样条拟合方法，生成平滑的轨迹参数，再通过推导SINS 反演算法实现了惯性器件的模拟采样仿真，反演算法中充分考虑了姿态圆锥误差和速度划 船误差的补偿。通过机载飞行实验数据验证表明，所提惯性器件模拟器具有极高的精度性 能和良好的频率特性，满足高精度SINS对数据源仿真精度和频率复杂性的要求。【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供的一种高精度SINS模拟器的设计方法的流程示意图； 图2为本专利技术实施例提供的载机1小时飞行轨迹的水平投影图； 图3为本专利技术实施例提供的x轴陀螺和x轴加速度计在lOOOs-llOOs的功率谱结 果图示； 图4为本专利技术实施例提供的纯惯导解算结果与组合导航结果比较图示。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。 首先，简要说明本专利技术实施例中涉及到的几个坐标系：惯性坐标系表示为i系，地 球坐标系表不为e系，"东-北-天"导航坐标系为n系，"右-前-上"载体坐标系为b系。 SINS导航算法包含一组微分方程，即姿态微分方程、速度微分方程和位置微分方 程，可分别表示为：【主权项】1. 一种高精度捷联惯导系统SINS模拟器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 由实际捷联惯导原始数据，即陀螺角增量△ 0m和加速度计速度增量Avm,进行捷 联惯导更新算法，推算获得当前时刻的惯导姿态、速度和位置信息； 52、 利用高精度GPS与捷联惯导构成组合导航系统，进行Kalman滤波，估计捷联惯导误 差； 53、 根据Kalman滤波估计的捷联惯导误差，使用部分反馈修正方法修正所述当前时刻 的惯导姿态、速度和位置信息，得到精确并且平滑的姿态、速度和位置组合导航参数； 54、 对姿态和位置组合导航参数作三次样条函数拟合，获得分段连续的轨迹函数，即姿 态函数A(t)、速度函数vn(t)和位置函数p(t); 55、 对轨迹函数A(t)、vn(t)和p(t)作等间隔插值，得到离散的轨迹序列，即姿态序列 Ak、速度序列 < 和位置序列Pk; 56、 根据联惯导航反演算法进行惯性器件模拟，即获得陀螺角增量△ 0k和加速度计速 度增量AVk模拟采样序列。【专利摘要】本专利技术提供了一种高精度SINS模拟器的设计方法，涉及捷联惯导系统的仿真领域。所述方法包括：利用高精度载波相位差分GNSS与中等精度IMU融合的组合导航算法，结合Kalman滤波的部分反馈修正和三次样条拟合方法，生成平滑的轨迹参数，再通过推导SINS反演算法实现了惯性器件的模拟采样仿真，反演算法中充分考虑了姿态圆锥误差和速度划船误差的补偿。这样设计出的SINS模拟器具有极高的精度性能和良好的频率特性，满足高精度SINS对数据源仿真精度和频率复杂性的要求。【IPC分类】G01C21-20【公开号】CN104713559【申请号】CN201510059782【专利技术人】严恭敏, 周馨怡, 翁浚, 秦永元 【申请人】西北工业大学【公开日】2015年6月17日【申请日】2015年2月1日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度捷联惯导系统SINS模拟器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、由实际捷联惯导原始数据，即陀螺角增量Δθm和加速度计速度增量Δvm，进行捷联惯导更新算法，推算获得当前时刻的惯导姿态、速度和位置信息；S2、利用高精度GPS与捷联惯导构成组合导航系统，进行Kalman滤波，估计捷联惯导误差；S3、根据Kalman滤波估计的捷联惯导误差，使用部分反馈修正方法修正所述当前时刻的惯导姿态、速度和位置信息，得到精确并且平滑的姿态、速度和位置组合导航参数；S4、对姿态和位置组合导航参数作三次样条函数拟合，获得分段连续的轨迹函数，即姿态函数A(t)、速度函数vn(t)和位置函数p(t)；S5、对轨迹函数A(t)、vn(t)和p(t)作等间隔插值，得到离散的轨迹序列，即姿态序列Ak、速度序列和位置序列pk；S6、根据联惯导航反演算法进行惯性器件模拟，即获得陀螺角增量Δθk和加速度计速度增量Δvk模拟采样序列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严恭敏，周馨怡，翁浚，秦永元，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61