A gravity gradient kinematics navigation method which incorporates pseudo-measurement when considering deviation belongs to the field of autonomous navigation. The steps are as follows: 1. Preparations: giving the formula of gravity gradient correlation and the representation of gravity gradient in different coordinate systems; 2. Setting up the initial parameters of solution and preparing data, such as the selection of iteration initial value and measurement variance; 3. Using EGM2008 model to calculate gravity gradient value and gravity gradient partial matrix to position; 4. Introducing pseudo-measurement to construct motion. Learn navigation observation model; Fifth, use the non-linear least squares method to solve iteratively. Through the above steps, the pseudo-measurement is introduced to increase the observation information, and then the gravity gradient sequential kinematic navigation observation equation considering the measurement deviation is constructed. The application of gravity gradient navigation is extended to general objects, which greatly improves the application potential and value of gravity gradient positioning and navigation.
【技术实现步骤摘要】
一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法
本专利技术提供一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法,它涉及一种基于重力梯度测量的序贯运动学定位方法和偏差固定方法,即一种对无动力学约束的静止或者运动载体利用重力梯度测量进行位置估计和测量偏差估计的方法,属于导航
技术介绍
全张量重力梯度匹配导航技术是一种新兴的自主导航方式。其利用地球本身的重力梯度信息,通过建模、匹配等方法对载体位置进行估计。重力梯度匹配导航技术具有实时、全自主、抗干扰等诸多优势,通过在载体平台上安装一个重力梯度仪作为测量仪器,得到六个输出量,如果不考虑仪器的测量偏差,则一个时刻的测量数据可以直接解算出位置信息。由于重力梯度匹配导航技术具有完全自主、抗干扰、无误差积累等优点,在未来有望成为新一代的主流导航系统。重力梯度是重力势对位置的二阶导数,是一个3阶对称方阵,其中只有五个元素是相互独立的。在通常的重力梯度辅助导航系统或者作为单独的导航系统中,一般不考虑重力梯度仪的测量偏差。在重力梯度导航方式作为单独工作的导航系统中,目前已经有融合卫星动力学信息的导航方式出现。重力梯度定位精度依赖于重力梯度仪的测量精度和重力场模型的精度,同时依赖于是否有其它信息的约束,比如动力学信息。依据是否利用卫星动力学信息,可以将重力梯度导航方式分为动力学导航和运动学导航。其中运动学导航算法因为不需要动力学信息的约束,适用范围更广,可以为车辆、舰船、飞机、火箭和卫星等提供导航信息。在不考虑仪器测量偏差的情况下,运动学导航算法可以利用六个重力梯度测量量来估计三个位置信息,根据仪器测量数据和相对应的 ...
【技术保护点】
1.一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法,其特征在于:首先以重力梯度作为单独的导航系统,并将其应用到航天器导航上;其次,仅仅将重力梯度值为测量值,结合高精度重力场模型,通过模型解算重力梯度;并考虑重力梯度仪所带有的测量偏差,利用运动学序贯方法估计出载体所处的位置信息及速度信息;另外,为弥补考虑测量偏差时重力梯度运动学导航观测方程秩亏的问题,方法引入了伪测量的概念,解决了观测方程秩亏的问题,可以实现卫星位置与偏差的同时估计。本方法主要实施步骤为:设置初始参数;采用高精度的EGM2008模型计算地球固联坐标系(ECEF)相应位置处的重力梯度值
【技术特征摘要】
1.一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法,其特征在于:首先以重力梯度作为单独的导航系统,并将其应用到航天器导航上;其次,仅仅将重力梯度值为测量值,结合高精度重力场模型,通过模型解算重力梯度;并考虑重力梯度仪所带有的测量偏差,利用运动学序贯方法估计出载体所处的位置信息及速度信息;另外,为弥补考虑测量偏差时重力梯度运动学导航观测方程秩亏的问题,方法引入了伪测量的概念,解决了观测方程秩亏的问题,可以实现卫星位置与偏差的同时估计。本方法主要实施步骤为:设置初始参数;采用高精度的EGM2008模型计算地球固联坐标系(ECEF)相应位置处的重力梯度值和重力梯度对位置的偏导阵Hg;为解决考虑测量偏差时同时估计偏差和位置造成的观测方程秩亏的问题,首先在重力梯度运动学实时定位导航中引入了伪测量的概念,利用测量偏差几乎不随时间变化这一特点,将前一历元的测量偏差的估计量作为本历元测量偏差的虚拟观测量,并构建引入伪测量的运动学导航观测方程。最后,对测量方程进行线性化,并通过迭代最小二乘方法进行求解。得到卫星位置和重力梯度仪的测量偏差。通过以上步骤,引入伪测量,增加了观测信息,然后构建考虑测量偏差的重力梯度序贯运动学导航观测方程。摆脱了传统卫星定轨应用中对卫星动力学约束的依赖,将重力梯度导航的应用扩展到一般物体。2.权利要求1中所述的一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法,其特征在于:将运动学导航的方式引入重力梯度导航体系中,不使用卫星所受到的动力学约束信息。考虑测量偏差时重力梯度运动学导航的线性化观测方程可以写成如下形式:其中表示重力梯度仪坐标系(GRF)下测量得到的重力梯度向量,表示在ECEF坐标系下位置r0处的重力梯度向量,HT表示将重力梯度向量从ECEF坐标系到GRF坐标系下的转换矩阵,大小为6×6,在实际中由其它方式得到。Hg(r0)表示ECEF坐标系下的重力梯度向量对位置r0的偏导阵,表达形式为r和r0表示分别表示在本历元的实际位置和线性化位置,即位置初值。b和b0分别表示本历元重力梯度仪的测量偏差真值和测量偏差的线性化点,即偏差初值。w表示重力梯度仪真实测量的测量偏差,考虑为满足高斯分布的均值为零的白噪声。作者所采用的GOCE卫星星载重力梯度仪的测量方差量级为Rg=diag([15151535015500]m...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈培,韩锦飞,孙秀聪,谭玉龙,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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