适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于INS‑GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统，该方法包括步骤：确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；获取第二时刻卫星导航伪距信息；根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。本发明专利技术通过快速估计惯导与卫星导航融合时刻的伪距估计值，可有效抑制时间延迟影响，可提高导航精度。

【技术实现步骤摘要】
适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统
本专利技术涉及组合导航领域，尤其涉及一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统。
技术介绍
惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)通过惯性元件可全天时、全天候获取导航数据，从而提供载体的位置、速度和姿态信息，是一种自主导航系统。然而，INS的导航参数由积分得出，其误差会随时间积累，不能保证长航时任务的导航精度。全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)是一种高精度的卫星导航系统，可在全球范围内进行导航，其误差不随时间积累，但导航精度易受气候变化以及建筑物遮挡的影响。INS-GPS的组合导航优势互补，克服两者缺点，提升长航时导航能力与导航精度，在智能手机、无人机或者航空航天领域中的导航、制导与控制方面都有广泛运用。在组合导航系统中，需保证在融合中心处理的数据信息是同一时刻的才能计算出载体的正确状态。GPS信号往往存在时间延迟，如不进行适当处理会对组合导航精度产生很大影响。特别是当载体做圆周运动时，时间延迟对惯导方位角和加速度零偏的估计有很大影响；当载体处于高动态条件下时，时间延迟的误差将被放大，可能会导致滤波器发散，导致导航精度下降。目前已有的INS-GPS融合量测信息同步方法，常基于INS短时间增量信息将GPS位置和速度外推至同步时间点，难以直接推广至INS-GPS伪距匹配模式。
技术实现思路
本专利技术提供了一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统，用以解决GPS信号延时影响组合导航精度的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，包括以下步骤：确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；获取第二时刻卫星导航伪距信息；根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。优选地，第一坐标系为地球坐标系。优选地，将惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，转换至地球坐标系，其于地球坐标系的分量为：其中，为惯导于第一时刻t1计算得到载体的经纬高位置，RN1为第一时刻载体所在位置的曲率半径，e为地球扁率。优选地，惯性导航速度方程为：其中，为载体于地球坐标系下的速度，为载体本体坐标系至地球坐标系的转换矩阵，fb为载体本体坐标系下的比力，为地球坐标系下的地球自转角速度，ge为地球坐标系下的重力加速度。优选地，载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差，通过以下公式计算得到：其中，为载体于第一时刻t1和第三时刻t3间的平均速度。优选地，经同步外推至第三时刻的伪距估计值通过以下公式计算得到：其中，(xsyszs)为第一时刻t1卫星的位置；在第二时刻t2接收到对应第一时刻t1的卫星导航解算的伪距测量信息本专利技术还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统，是对量测信息时间延迟进行同步的快速估算方法，可有效抑制由于卫星导航产生的时间延迟影响。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法的流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图1，本专利技术的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，包括以下步骤：S1、确定惯性导航于第一时刻(t1)计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系。本实施例中，第一坐标系选用地球坐标系，本方明的采取的坐标系不是唯一的，其他坐标系下也可应用，只要能实现本专利技术的功能即可。实施时，将惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，转换至地球坐标系，其于地球坐标系的分量为：其中，为惯导于第一时刻t1计算得到载体的经纬高位置，RN1为第一时刻载体所在位置的曲率半径，e为地球扁率。S2、获取第二时刻(t2)卫星导航伪距信息。假定t2时刻接收到对应t1时刻的卫星导航解算的伪距测量信息，设定t1时刻卫星的位置为(xsyszs)，此时测得的伪距为惯导下一个解算时间点为t3,则时间延迟dt为dt＝t3-t1。S3、根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度。地球坐标系下惯性导航速度方程为：其中，为载体于地球坐标系下的速度，为载体本体坐标系至地球坐标系的转换矩阵，fb为载体本体坐标系下的比力，为地球坐标系下的地球自转角速度，ge为地球坐标系下的重力加速度。根据上述地球坐标系下惯性导航速度方程求解，载体于t1和t3时刻间的平均速度为S4、计算载体于第一时刻和第三时刻(t3)在第一坐标系下的位置偏差。载体于t1和t3两个时刻地球坐标系下的位置偏差为：S5、计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。由此计算经外推同步至t3时刻的伪距估计方程为：在实际实施时，该伪距估计值可直接用于后续与第三时刻惯导信息进行融合计算。综上可知，本专利技术通过快速估计惯导与卫星导航融合时刻的伪距估计值，可有效抑制时间延迟影响，可提高导航精度。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，其特征在于，包括以下步骤：/n确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；/n获取第二时刻卫星导航伪距信息；/n根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；/n计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；/n计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；
获取第二时刻卫星导航伪距信息；
根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；
计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；
计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。


2.根据权利要求1所述的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，其特征在于，所述第一坐标系为地球坐标系。


3.根据权利要求2所述的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，其特征在于，将惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，转换至地球坐标系，其于地球坐标系的分量为：









其中，为惯导于第一时刻t1计算得到载体的经纬高位置，RN1为第一时刻载体所在位置的曲率半径，e为地球扁率。


4.根据权利要求3所述的适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧鹏，王已熏，易军，
申请(专利权)人：北京菲斯罗克光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11