基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法，采用反向解算惯性导航系统(IINS)的标准姿态、速度、位置导航输出参量，得到等效惯性矢量值，再利用惯性矢量匹配方法实现高精度形变测量，该方法避免了不同形式结构的IINS无法直接提供惯性矢量测量值的限制，且可兼容不同IINS与IMU构成的混合形变测量系统，同时还可抑制多种误差因素对形变测量的影响，提高测量精度，充分发挥现有IINS资源的作用，可直接应用于现有舰船不同形式结构惯性导航系统的形变测量中，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法
本专利技术涉及形变测量
，具体涉及一种基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法。
技术介绍
舰船形变特别是角形变导致舰载武器系统与雷达侦测系统等坐标系不一致，使高精度主惯导的基准信息无法准确传递给各作战单元以及各主战装备之间的作战信息无法有效共享，从而严重影响舰载武器系统的性能。惯性矢量匹配形变测量方法是一种当今非常有效且广泛应用的舰船形变测量方法，中国专利CN201710141095.2公开一种基于惯性仪器和迭代滤波算法的船体形变角测量方法，具体公开了一种用陀螺和加速度计测量得到的角速度矢量和加速度(比力)矢量实现形变测量的方法，该方法利用两套捷联安装的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)，同时测量安装点的角速度和加速度矢量，通过双惯性矢量匹配方法建立Kalman形变测量滤波方程，实现安装点之间的形变测量，具有测量精度高、使用灵活、实时高效等特点。然而，基于惯性矢量的形变测量方法是以角速度矢量和加速度(比力)矢量为基础，在实际的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步、获取主惯导和从惯导两个不同位置IINS的惯性矢量数据，并求出惯性矢量差；/n获取惯性矢量数据具体是：利于IINS的姿态、速度和位置导航信息，通过惯性导航方程反向解算得到等效惯性矢量数据；其中：等效惯性矢量数据包括角速度数据和加速度数据；IINS为安装在舰船上的组合导航系统；主惯导采用m表示，从惯导采用s表示；/n第k次采样时刻角速度矢量差Δω(k)和加速度矢量差Δf(k)为表达式11)：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、获取主惯导和从惯导两个不同位置IINS的惯性矢量数据，并求出惯性矢量差；
获取惯性矢量数据具体是：利于IINS的姿态、速度和位置导航信息，通过惯性导航方程反向解算得到等效惯性矢量数据；其中：等效惯性矢量数据包括角速度数据和加速度数据；IINS为安装在舰船上的组合导航系统；主惯导采用m表示，从惯导采用s表示；
第k次采样时刻角速度矢量差Δω(k)和加速度矢量差Δf(k)为表达式11)：



其中：为第k次采样时刻从惯导本体系s相对于惯性系i的角速度矢量，下标is代表s系相对于i系，上标s代表矢量在s系下的投影；为第k次采样时刻主惯导本体系m相对于惯性系i的角速度矢量，下标im代表m系相对于i系，上标m代表矢量在m系下的投影；fs(k)为第k次采样时刻从惯导s的加速度矢量；fm(k)为第k次采样时刻主惯导m的加速度矢量；
第二步、获取角速度矢量的匹配方程表达式14)和加速度矢量的匹配方程表达式19)：






其中：Δω为从惯导的角速度矢量与主惯导的角速度矢量之差；为从惯导角速度矢量，具体为从惯导本体系s相对于惯性系i的角速度矢量，下标is代表s系相对于i系，上标s代表矢量在s系下的投影；为主惯导角速度矢量，具体为主惯导本体系m相对于惯性系i的角速度矢量，下标im代表m系相对于i系，上标m代表矢量在m系下的投影；α为静态形变角矢量；β为动态形变角矢量；为形变角速度矢量；εs为从惯导s的陀螺零偏矢量；εm为主惯导m的陀螺零偏矢量；Δf为从惯导与主惯导比力矢量之差；fs为从惯导s的比力矢量；fm为主惯导m的比力矢量；rs为静态位置形变矢量；为主惯导角加速度矢量，具体为主惯导本体系m相对于惯性系i的角加速度矢量，下标im代表m系相对于i系，上标m代表矢量在m系下的投影；为动态位置形变速度矢量；为动态位置形变加速度矢量；ξs为从惯导s的加速度计零偏矢量；ξm为主惯导m的加速度计零偏矢量；
第三步、建立惯性矢量匹配Kalman滤波方程，解算出姿态角形变向量和位置形变向量的最优解为表达式27)：



其中：Φms(k)为第k次采样时刻姿态角形变向量，具体为从惯导坐标系s相对于主惯导坐标系m的角形变向量；Rms(k)为第k次采样时刻位置形变向量，具体为从惯导坐标系s相对于主惯导坐标系m的位置形变向量；α(k)为第k次采样时刻的静态形变角矢量；β(k)为第k次采样时刻的动态形变角矢量；rs(k)为第k次采样时刻静态位置形变矢量；rd(k)为第k次采样时刻动态位置形变矢量。


2.根据权利要求1所述的基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法，其特征在于，所述第一步中等效惯性矢量数据的反向解算采用四元数法或方向余弦矩阵法。


3.根据权利要求2所述的基于反向解算惯性导航系统的惯性双矢量匹配形变测量方法，其特征在于，角速度数据的反向解算具体是：
导航系定义为东、北、天坐标系，E代表东，N代表北，U代表天；
取IINS输出的姿态欧拉角为(θk、γk、ψk)，θk为第k次采样时刻的纵摇角，γk第k次采样时刻的横摇角，ψk为第k次采样时刻的航向角；第k次采样时刻本体系b相对于导航系n的姿态方向余弦矩阵为第k次采样时刻本体系b相对于导航系n的姿态四元数为第k次采样时刻本体系b相对于导航系n的速度为为第k次采样时刻沿东、北、天各方向的速度分量；位置为Lk为第k次采样时刻惯导纬度，λk为第k次采样时刻的惯导经度，hk为第k次采样时刻的惯导高度；
姿态方向余弦矩阵、姿态四元数和姿态欧拉角的关系为表达式1)：



其中：tr[]表示矩阵的迹；表示矩阵第i行第j列的元素；
根据主惯导的导航输出，第k次采样时刻到第k+1次采样时刻本体系b的姿态变化矩阵用四元数表示为表达式2)：



其中：为四元数乘法符号；()-1为四元数求逆运算；为第k+1次采样时刻本体系b到n系的姿态四元数；为第k+1次采样时刻n系到i系的姿态四元数；为第k次采样时刻n系到i系的姿态四元数；为第k次采样时刻b系到n系的姿态四元数；

为第k次采样时刻i系到n系的姿态四元数，通过第k次采样时刻n系相对i系的旋转角速度在n系的投影采用表达式3)求解：



其中：为第k次采样时刻e系相对i系角速度在n系的投影，为第k次采样时刻n系相对e系的角速度在n系的投影，采用表达式4)表示：



其中：ωie为e系相对i系的地球自转角速度大小；Lk为第k次采样时刻惯导纬度；RM和RN分别为沿地球子...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭文锋，秦石乔，吴伟，戴东凯，郑佳兴，赵英伟，王省书，周金鹏，胡峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43