基于虚拟球模型的极地横向导航方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟球模型的极地横向导航方法，该方法构造了一个“虚拟球”模型，该模型可以看作是一个具有卯酉圈半径的人工球。详细推导了改进的横向极坐标导航“虚拟球”模型的姿态、速度和位置微分方程，并采用膨胀系数来补偿载体的东向速度。数值仿真结果表明，该方法不仅能很好地抑制极坐标系下位置、速度、姿态和航向的振动误差，而且可以减小速度的常值误差。简化了横向导航坐标系的转换过程，避免了基于椭球模型(WGS‑84或CGCS2000模型)的复杂横向导航方法。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟球模型的极地横向导航方法
本专利技术涉及极区导航领域
，具体涉及一种基于虚拟球模型的极地横向导航方法。
技术介绍
极地地区已经成为人类重要的科学研究基地。随着航空和航海事业的飞速发展，科学技术的不断进步，人类的极地活动越来越频繁，极地的意义越来越重要。使得极地导航成为近年来研究的热点。惯性导航不受极性地磁变化和太阳风暴等外部条件的影响。自主性好的优点使得惯性导航成为极坐标导航的重要技术手段。由于地理子午线在极地地区迅速收敛，传统的惯性导航方法无法在极地地区获得位置和方位。参考文献，BroxmeyerC.Inertialnavigationsystem[M].NewYork:McGraw-Hill,1964，提出了一种用于惯性导航的横向导航方法，传统的地理坐标系横向旋转，使原来的南北极在新坐标系中位于赤道。从理论上解决极区导航问题。在上世纪50年代，“鹦鹉螺”号核潜艇惯性导航系统(INS)使用这种导航方法完成了通过北极的任务。传统的横向导航采用球形模型地球，带来简洁和便利的地理坐标系统的横向旋转的优势。但实际上地球是一个椭球体。所以简化必然会引入惯性导航系统的误差。为了减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟球模型的极地横向导航方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：将地理坐标系转换为横向导航坐标系；地理坐标系与横向导航坐标系之间的关系如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟球模型的极地横向导航方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：将地理坐标系转换为横向导航坐标系；地理坐标系与横向导航坐标系之间的关系如下：其中，其中，(L,λ)为地球坐标系统的经纬度，(Lt,λt)为横向经纬度，横向经线是指通过两个横向极点的平面与地球交叉而形成的等高线，设P为地球表面的一个点，它的法线与横向赤道面之间的夹角Lt为P点的横向纬度，P点的横子午面与初始横子午面之间的夹角定义为P点的横向经度λt；步骤2：确定地球椭球模型球心到地球椭球模型上任意一点的线段O'P的长度Rt'为：其中，Re表示地球椭球模型长半轴的长度，Rp表示地球椭球模型短轴的长度，L'表示地球椭球模型中任意一点P的纬度，O'为地球椭球模型球心，P为地球椭球模型中任意一点；步骤3：确定极地横向导航用虚拟球模型的半径OP＝Rt；其中，L表示地球坐标系统的经度，Re表示地球椭球模型长半轴的长度，Rp表示地球椭球模型短轴的长度，f表示地球椭球模型的椭圆扁率；步骤4：将极地横向导航用虚拟球模型的半径采用如下公式转换到横向导航坐标系中；其中，Re表示地球椭球模型长半轴的长度，f表示地球椭球模型的椭圆扁率，(Lt,λt)为横向经纬度；步骤5：极地横向导航用虚拟球模型可看作是一个包含点P，半径为卯酉圈半径的人造球，确定极地横向导航用虚拟球模型的半径与地球的子午圈半径之间的比值k，k可由下列公式确定：其中，RM为地球子午圈半径，Rt为极地横向导航用虚拟球模型的半径，f表示地球椭球模型的椭圆扁率，L表示地球坐标系统的经度；步骤6：确定横向导航坐标系nt下基于极地横向导航用虚拟球模型的极地横向导航载体姿态微分方程；其中，为极地横向导航载体坐标系b下极地横向导航载体坐标系b相对横向导航坐标系nt的角速度；为横向导航坐标系nt下横向导航坐标系nt相对地心坐标系i的角速度；为横向导航坐标系nt下地球坐标系e相对地心坐标系i的角速度；为极地横向导航载体坐标系b下极地横向导航载体坐标系b相对地心坐标系i的角速度；横向导航坐标系nt下横向导航坐标系nt相对地球坐标系e的角速度；为地球坐标系e下地球坐标系e相对地心坐标系i的角速度；为从极地横向导航载体坐标系b到横向导航坐标系nt的变换矩阵；为从极地横向导航载体坐标系b到横向导航坐标系nt的变换矩阵的微分，为从横向导航坐标系nt到极地横向导航载体坐标系b的变换矩阵，为横向地球坐标系t到横向导航坐标系nt的旋转矩阵，为从地球坐标系e到横向地球坐标系t的横向旋转矩阵；是与角速度矢量对应的斜对称矩阵；其中，步骤7：确定横向导航坐标系nt下基于极地横向导航用虚拟球模型的极地横向导航载体速度微分方程：其中，为横向导航坐标系nt下导航载体的速度矢量，fb为导航载体的加速度值，为横向导航坐标系nt下重力矢量，为横向导航坐标系nt下横向导航坐标系nt相对横向地球坐标系t的角速度，为横向导航坐标系nt下导航载体的速度矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃方君，常路宾，李安，查峰，佟林，王智，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42