基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法、系统、终端、介质技术方案

本发明专利技术属于垂线偏差测量技术领域，公开了一种基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法、系统、终端、介质，用姿态差对惯导解算中的重力项进行垂线偏差补偿，在消除垂线偏差误差的同时又引入了特性明确的常值误差、缓变误差和周期误差；把缓变误差建模为一阶高斯马尔科夫过程，周期误差作为输入，建立垂线偏差补偿后的SINS/GNSS组合导航方程，针对系统噪声变化的问题，将渐消记忆Kalman滤波用于状态估计，估计出的姿态不受垂线偏差影响，以该姿态作为姿态基准与垂线偏差未补偿时SINS/GNSS组合解算的姿态做差，差分结果即为垂线偏差。差分结果即为垂线偏差。差分结果即为垂线偏差。

【技术实现步骤摘要】
基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法、系统、终端、介质


[0001]本专利技术属于垂线偏差测量
，尤其涉及一种基于姿态差分补偿的垂 线偏差测量方法、系统、终端、介质。

技术介绍

[0002]目前，由于地球形状不规则，内部质量不均匀，真实重力与正常重力并不 相等，两者之间的差异称为重力扰动，包括重力异常和垂线偏差。精确的垂线 偏差数据在大地水准面确定、地震监测、工程勘测、空间探测、国防安全、国 家综合PNT体系构建等领域都有重要价值。
[0003]基于捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)和全 球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)组合的垂线偏差测 量是一种正在研究中的垂线偏差测量方案。目前常用的基于SINS/GNSS组合的 垂线偏差测量方法主要分为直接求差法和建模估计法。直接求差法基于比力方 程，它将加速度计测量的比力与GNSS测量的惯性加速度做差以得到重力矢量， 然后通过简单的数学运算计算出垂线偏差；建模估计法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法，其特征在于，所述基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法包括以下步骤：利用SINS和GNSS进行组合导航，解算出姿态旋转矩阵利用SINS中的陀螺组件Gyros和GNSS进行组合，解算出姿态旋转矩阵用和进行差分，所述差分结果包含垂线偏差和特征明确的Gyros/GNSS姿态误差项；将Gyros/GNSS姿态误差项中的低频趋势项建模为一阶马尔科夫过程，Gyros/GNSS姿态误差中的周期项作为先验信息；用姿态差分结果对SINS惯性解算方程中的重力项进行垂线偏差补偿，消除垂线偏差项，引入已经建模的特征明确的Gyros/GNSS姿态误差项；对补偿后的SINS解算模型进行渐消记忆Kalman滤波，估计出不含垂线偏差信息的姿态旋转矩阵用做基准，并与SINS/GNSS组合导航解算出姿态旋转矩阵做差，差分结果即恢复的航迹上的垂线偏差信息；以纯惯性解算速度误差之和最小为目标函数的渐消因子筛选方法，为渐消记忆Kalman滤波器找出最优渐消因子；渐消因子初值为1，步长为0.01；每遍历一个渐消因子，就进行一次渐消记忆Kalman滤波，判断滤波是否发散，如果是，就终止算法；如果否，则估计出一对水平失准角对滤波器估计的水平失准角进行傅立叶变换，判断其频谱是否在输入量的频率ω
in
处存在一个尖峰；如果否，说明滤波结果不准确，结束本次循环；如果是就说明滤波结果符合先验条件，进而计算垂线偏差；用计算出的垂线偏差η(i)，ξ(i)对纯惯性解算中的重力项进行补偿和修正，计算速度解算误差之和；分析速度误差之和的曲线，速度误差之和最小时对应的垂线偏差，为恢复出的垂线偏差，此次循环的渐消因子为最优渐消因子。2.如权利要求1所述基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法，其特征在于，所述利用SINS/GNSS组合导航解算出的方向余弦矩阵记为SINS/GNSS组合导航解算出的方向余弦矩阵记为所述Gyros/GNSS组合导航解算出的方向余弦矩阵记为所述Gyros/GNSS组合导航解算出的方向余弦矩阵记为所述用和进行差分，消除反映真实姿态的方向余弦矩阵包括：忽略二阶小量，式(3)写作：
定义θ＝φ
‑
ψ，θ在东向和北向投影写作：用θ
E
和θ
N
进行垂线偏差补偿，补偿后的速度微分方程写作：式(6)中，V
c
为计算的速度，为计算的方向余弦矩阵，为包含加速度计器件误差的比力测量，和分别为和的计算值；补偿后的速度误差方程写作：补偿后的速度误差方程写作：式中，表示垂线偏差补偿后惯性解算的姿态失准角。3.如权利要求1所述基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法，其特征在于，所述陀螺姿态误差ψ包含常值项，缓慢增长项以及周期项，周期项的角频率等于的大小，将式(7)的最后一项建模为：式中，a
E1
(t)和a
N1
(t)表示时间相关的函数，a
E2
(ω
in
t)和a
N2
(ω
in
t)表示角频率为ω
in
的周期函数；a
E1
(t)，a
N1
(t)均包含常值项和缓慢增长项，同陀螺漂移的特征非常相似，常值误差项类似于陀螺漂移的零偏重复性误差，缓慢增长项类似于陀螺的零偏稳定性误差；a
E1
(t)和a
N1
(t)的模型表示为：式中，a
E11
(t)，a
N11
(t)分别为a
E1
(t)和a
N1
(t)中的常值项，a
E12
(t)，a
N12
(t)分别为a
E1
(t)和a
N1
(t)中的缓慢增长项，建模为一阶马尔可夫过程，τ
E
和τ
N
为相关时间，w
E
和w
N
为白噪声。4.如权利要求1所述基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法，其特征在于，所述垂线偏差补偿后的SINS/GNSS组合导航系统的误差方程写作：式中，x为状态量，w为噪声，u为输入量；将a
E1
(t)和a
N1
(t)作为状态变量，周期项a
E2
(ω
in
t)和a
N2
(ω
in
t)作...

【专利技术属性】
技术研发人员：何泓洋，邸建琛，詹国强，安文，江鹏飞，许江宁，
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：