一种极区格网坐标系动基座粗对准方法技术

本发明专利技术公开了一种极区格网坐标系动基座粗对准方法，包括以下步骤获取传感器的测试数据，根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新；构造GNSS速度辅助下格网坐标系的矢量观测器；根据上一步中的矢量观测器构建基于迭代原理的矢量观测器，获得观测矢量和参考矢量；根据观测矢量和参考矢量进行姿态确定，完成初始对准。其采用格网坐标系下矢量观测器构造方法，利用外部导航系速度辅助实现动基座对准。

【技术实现步骤摘要】
一种极区格网坐标系动基座粗对准方法
本专利技术涉及联惯性导航系统
，具体涉及一种极区格网坐标系动基座粗对准方法。
技术介绍
捷联惯性导航系统是一种自主导航定位系统，而初始对准过程是确保捷联惯导系统能够正常工作的前提。当前，捷联惯性导航系统初始对准过程都是在低纬度条件下进行的，这限制了捷联惯导系统的应用范围。尤其对于需要再极区作业的设备，通常需要能够在极区条件下完成初始对准过程，但由于极区存在经度快速收敛问题，使得极区对准误差容易受到经度收敛而出现发散现象。此外，极区对准还存在重力矢量与地球自转矢量共线问题，无法进行自对准。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种极区格网坐标系动基座粗对准方法，其采用格网坐标系下矢量观测器构造方法，利用外部导航系速度辅助实现动基座对准。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种极区格网坐标系动基座粗对准方法，包括以下步骤：S1、获取传感器的测试数据，根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新；S2、构造GNSS速度辅助下格网坐标系的矢量观测器；S3、根据S2中的矢量观测器构建基于迭代原理的矢量观测器，获得观测矢量和参考矢量；S4、根据观测矢量和参考矢量进行姿态确定，完成初始对准。作为优选的，所述S1中根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新，具体包括：由姿态更新算法得到其中，表示格网系姿态矩阵微分；表示载体系姿态矩阵微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示格网系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的映射；表示载体系相对于惯性系的旋转角速度在载体系的映射；利用方向余弦链式法则，得到其中，表示载体系相对于格网系的实时方向余弦矩阵；表示初始格网系相对于格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵。作为优选的，所述S2具体包括：根据比力方程，其中，表示导航系速度的微分；表示载体系相对于导航系变化的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在导航系的投影；表示导航系相对于地球系的转动角速度在导航系的投影；×表示矢量叉乘运算；vn表示导航系速度；gn表示重力加速度在导航系下的投影；由矢量映射关系得到其中，表示导航系速度的微分；表示载体系相对于导航系变化的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在导航系的投影；表示导航系相对于地球系的转动角速度在导航系的投影；×表示矢量叉乘运算；vn表示导航系速度；gn表示重力加速度在导航系下的投影；表示导航系到格网系的方向余弦；表示载体系相对于格网系变化的方向余弦矩阵；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；由矢量映射关系获得其中，表示格网系速度的微分；表示初始格网系相对于格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；则其中，表示格网系速度的微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；对上式两边进行积分运算，其中，表示格网系速度的微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；t表示积分时间；计算得到式中，β表示观测矢量；α表示参考矢量；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；vg表示格网系速度；vg(0)表示初始时刻格网系速度；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；fb表示比力。作为优选的，所述S3具体包括：对上一步中观测矢量和参考矢量进行离散化计算得到：式中，βk表示k时刻观测矢量；表示k时刻格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示k时刻格网系速度测量；表示初始时刻格网系速度；αk表示k时刻参考矢量；αk-1表示k-1时刻参考矢量；表示k-1时刻载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；β1,k、Δv1、Δv2、Δθ1、Δθ2为中间变量，其中，β1,k表示k时刻中间变量；β1,k-1表示k-1时刻中间变量；表示k-1时刻格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；Δt为GNSS采样周期；I为3阶单位矩阵；表示格网系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示k-1时刻格网系速度测量；表示k时刻格网系速度测量；gg表示重力加速度在格网系下的投影；Δv1、Δv2、Δθ1、Δθ2为中间变量；表示载体系相对于惯性系的旋转角速度在载体系的映射；fb表示比力。作为优选的，所述S4具体包括：根据filter-QUEST姿态确定算法，姿态K矩阵为：其中，Kk表示k时刻的K矩阵；zk、sk、rk表示k时刻由观测矢量βk和参考矢量αk计算的中间变量；tr(·)表示矩阵迹运算；根据矩阵K，对矩阵K进行特征值计算，并查找最大特征值对应的特征矢量，利用特征矢量构造方向余弦矩阵完成初始对准过程。作为优选的，所述S4中，根据filter-QUEST算法、quest算法或oba算法进行姿态确定。作为优选的，所述通过陀螺仪测量获得。作为优选的，所述陀螺仪量测常值漂移误差εb≤[0.10.10.1]T°/h，所述陀螺仪量测随机游走误差输出频率大于10Hz。作为优选的，所述fb通过加速度计测量获得。作为优选的，所述加速度计量测常值漂移误差加速度计量测随机游走误差输出频率大于10Hz。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用格网坐标系构建矢量观测器，具有客服经度收敛导致对准发散的优点；(2)本专利技术外速度辅助动基座对准，具有克服重力矢量和地球自转矢量共线导致无法对准的优点。附图说明图1本专利技术的流程示意图；图2是动基座对准载体运行曲线图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极区格网坐标系动基座粗对准方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取传感器的测试数据，根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新；/nS2、构造GNSS速度辅助下格网坐标系的矢量观测器；/nS3、根据S2中的矢量观测器构建基于迭代原理的矢量观测器，获得观测矢量和参考矢量；/nS4、根据观测矢量和参考矢量进行姿态确定，完成初始对准。/n

【技术特征摘要】
1.一种极区格网坐标系动基座粗对准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取传感器的测试数据，根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新；
S2、构造GNSS速度辅助下格网坐标系的矢量观测器；
S3、根据S2中的矢量观测器构建基于迭代原理的矢量观测器，获得观测矢量和参考矢量；
S4、根据观测矢量和参考矢量进行姿态确定，完成初始对准。


2.如权利要求1所述的极区格网坐标系动基座粗对准方法，其特征在于，所述S1中根据所述传感器的测试数据对姿态进行更新，具体包括：
由姿态更新算法得到
其中，表示格网系姿态矩阵微分；表示载体系姿态矩阵微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示格网系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的映射；表示载体系相对于惯性系的旋转角速度在载体系的映射；
利用方向余弦链式法则，得到
其中，表示载体系相对于格网系的实时方向余弦矩阵；表示初始格网系相对于格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵。


3.如权利要求2所述的极区格网坐标系动基座粗对准方法，其特征在于，所述S2具体包括：
根据比力方程，
其中，表示导航系速度的微分；表示载体系相对于导航系变化的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在导航系的投影；表示导航系相对于地球系的转动角速度在导航系的投影；×表示矢量叉乘运算；vn表示导航系速度；gn表示重力加速度在导航系下的投影；
由矢量映射关系得到



其中，表示导航系速度的微分；表示载体系相对于导航系变化的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在导航系的投影；表示导航系相对于地球系的转动角速度在导航系的投影；×表示矢量叉乘运算；vn表示导航系速度；gn表示重力加速度在导航系下的投影；表示导航系到格网系的方向余弦；表示载体系相对于格网系变化的方向余弦矩阵；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；
由矢量映射关系获得
其中，表示格网系速度的微分；表示初始格网系相对于格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；
则
其中，表示格网系速度的微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方向余弦矩阵；表示初始载体系与初始格网系之间的方向余弦矩阵；fb表示比力；表示地球系相对于惯性系的旋转角速度在格网系的投影；表示格网系相对于地球系的转动角速度在格网系的投影；gg表示重力加速度在格网系下的投影；vg表示格网系速度；
对上式两边进行积分运算，



其中，表示格网系速度的微分；表示格网系相对于初始格网系的方向余弦矩阵；表示载体系相对于初始载体系的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祥，朱辰霄，黄玲，葛浩冉，赵鹤鸣，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32