虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法及系统。本发明专利技术包括如下步骤：获取惯性传感器采集的实时数据；对横向导航系速度更新并利用虚拟圆球模型进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度，得到横向导航系下载体的位置；获取相位调制后的横向导航系姿态、横向导航系相位调制后的速度、相位调制后的速度、相位调制后横向导航系下载体的位置；得到惯性导航输出姿态、得到惯性导航输出速度、惯性导航输出载体位置并进行导航。本发明专利技术在对虚拟圆球模型下极区惯性导航的基础上，利用阻尼系数对惯性导航结果进行相位调制，并对双环路进行融合，减小惯性导航舒拉震荡。减小惯性导航舒拉震荡。减小惯性导航舒拉震荡。

【技术实现步骤摘要】
虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法及系统


[0001]本专利技术涉及极区惯性导航
，尤其是指虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法及系统。

技术介绍

[0002]当前极区惯性导航算法多采用横向坐标系或者格网坐标系以解决导航坐标系极区解算奇异问题。由于地球的椭球特性，横向坐标系和格网坐标系在计算过程中均会产生原理性误差。为此，需要设计椭球模型下的极区惯性导航算法，这也带来了计算复杂度高的缺点。相较于横向椭球模型和格网椭球模型，虚拟圆球模型则较好的利用了圆球模型计算简便及减小原理误差的特点，有利于实现高精度极区导航。但上述方法目前使用过程中依然存在舒拉震荡等误差，使得惯性导航结果出现振荡现象，从而影响导航精度。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中利用虚拟圆球模型实现极区导航存在舒拉震荡等误差，使得惯性导航结果出现振荡现象的问题。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1：采集惯性传感器的实时数据，根据实时数据得到横向导航系姿态；
[0006]步骤S2：根据实时数据和横向导航系姿态更新横向导航系速度并利用虚拟圆球模型对横向导航系速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度，根据虚拟圆球模型下横向导航系速度，得到横向导航系下载体的第一位置；
[0007]同时，根据实时数据、设定的速度阻尼系数和横向导航系姿态得到横向导航系相位调制后的速度，利用虚拟圆球模型对横向导航系相位调制后的速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度，根据虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度，得到相位调制后横向导航系下载体的第二位置；
[0008]步骤S3：对横向导航系姿态进行相位调制，得到相位调制后的横向导航系姿态，根据横向导航系姿态和相位调制后的横向导航系姿态得到惯性导航输出姿态，根据虚拟圆球模型下横向导航系速度和虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度得到惯性导航输出速度，以及根据横向导航系下载体的第一位置和相位调制后横向导航系下载体的第二位置得到惯性导航输出载体的输出位置，根据所述惯性导航输出姿态、惯性导航输出速度、惯性导航输出载体的输出位置进行导航。
[0009]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S2中，所述根据实时数据和横向导航系姿态更新横向导航系速度的方法包括：对横向导航系的速度进行更新，其方程为：
[0010][0011]式中，v
t
表示横向导航系的速度矢量；表示载体系到横向系的方向余弦矩阵；f
b
表示加速度计测量比力；表示地球系相对惯性系的旋转角速度在横向系的映射；表示横向系相对于地球系的旋转角速度在横向系的映射；g
t
表示重力矢量在横向系的映射。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S1中，所述横向导航系姿态由下式得到：
[0013][0014]其中，表示载体坐标系b到横向导航坐标系t的方向余弦矩阵；表示载体系相对于横向系的旋转角速度在载体系上的映射，[
·
X]为矢量变斜对称矩阵。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S2中，所述利用虚拟圆球模型对横向导航系速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度的方法为：根据下式得到虚拟圆球模型下横向导航系速度：
[0016][0017]式中，v
t
表示横向导航系的速度；表示横向系到导航系的方向余弦矩阵；表示导航系到横向系的方向余弦矩阵；K表示扩展系数矩阵，由下式计算：
[0018][0019]式中，R
M
表示导航系子午圈曲率半径；R
N
表示导航系卯酉圈曲率半径；h
t
表示横向系高度。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S2中，所述根据虚拟圆球模型下横向导航系速度，得到横向导航系下载体的第一位置的方法为：对虚拟圆球模型下横向导航系速度利用转换矩阵获得横向导航系下载体的位置p
t
：
[0021][0022]式中，p
t
表示载体位置矢量在横向系下的映射；v
v
表示虚拟圆球模型下横向导航系速度；R
c
表示转换矩阵，表示为：
[0023][0024]式中，表示横向卯酉圈曲率半径；h
t
表示横向系下高度；L
t
表示横向系纬度。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S2中，所述根据实时数据、设定的速度阻尼系数和横向导航系姿态得到横向导航系相位调制后的速度的方法为：利用下式得到横向导航系相位调制后的速度：
[0026][0027]其中，表示横向导航系相位调制后的速度矢量；表示载体系到横向系的方向余弦矩阵；f
b
表示加速度计测量比力；表示地球系相对惯性系的旋转角速度在横向系
的映射；表示横向系相对于地球系的旋转角速度在横向系的映射；g
t
表示重力矢量在横向系的映射；k表示速度阻尼系数。
[0028]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中，所述根据横向导航系姿态和相位调制后的横向导航系姿态得到惯性导航输出姿态的方法为：由下式得到惯性导航输出姿态：
[0029][0030]其中，AM()表示姿态角转姿态矩阵；MA()表示姿态矩阵转姿态角；表示载体系到横向系的方向余弦矩阵；表示相位调制之后的姿态矩阵，由下式得到
[0031][0032]表示利用相位调制速度计算的载体系相对横向系旋转角速度在载体系下的映射，[
·
×
]为矢量变斜对称矩阵。
[0033]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中，所述根据虚拟圆球模型下横向导航系速度和虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度得到惯性导航输出速度的方法为：由下式得到惯性导航输出速度：
[0034][0035]式中，表示采用虚拟圆球进行扩展之后横向坐标系下相位调制的速度矢量；v
v
表示采用虚拟圆球进行扩展之后横向坐标系下的速度矢量。
[0036]在本专利技术的一种实施方式中，步骤S3中，所述根据横向导航系下载体的第一位置和相位调制后横向导航系下载体的第二位置得到惯性导航输出载体的输出位置的方法为：由下式得到惯性导航输出载体的最终位置：
[0037][0038]式中，表示调制之后的载体位置矢量；p
t
表示载体位置矢量在横向系下的映射。
[0039]本专利技术还提供一种虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼系统，包括：
[0040]数据采集模块，用于采集惯性传感器的实时数据，根据实时数据得到横向导航系姿态；
[0041]速度获取模块，用于根据实时数据和横向导航系姿态更新横向导航系速度并利用虚拟圆球模型对横向导航系速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：采集惯性传感器的实时数据，根据实时数据得到横向导航系姿态；步骤S2：根据实时数据和横向导航系姿态更新横向导航系速度并利用虚拟圆球模型对横向导航系速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度，根据虚拟圆球模型下横向导航系速度，得到横向导航系下载体的第一位置；同时，根据实时数据、设定的速度阻尼系数和横向导航系姿态得到横向导航系相位调制后的速度，利用虚拟圆球模型对横向导航系相位调制后的速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度，根据虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度，得到相位调制后横向导航系下载体的第二位置；步骤S3：对横向导航系姿态进行相位调制，得到相位调制后的横向导航系姿态，根据横向导航系姿态和相位调制后的横向导航系姿态得到惯性导航输出姿态，根据虚拟圆球模型下横向导航系速度和虚拟圆球模型下横向导航系相位调制后的速度得到惯性导航输出速度，以及根据横向导航系下载体的第一位置和相位调制后横向导航系下载体的第二位置得到惯性导航输出载体的输出位置，根据所述惯性导航输出姿态、惯性导航输出速度、惯性导航输出载体的输出位置进行导航。2.根据权利要求1所述的虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，其特征在于，步骤S2中，所述根据实时数据和横向导航系姿态更新横向导航系速度的方法包括：对横向导航系的速度进行更新，其方程为：式中，υ
t
表示横向导航系的速度矢量；表示载体系到横向系的方向余弦矩阵；f
b
表示加速度计测量比力；表示地球系相对惯性系的旋转角速度在横向系的映射；表示横向系相对于地球系的旋转角速度在横向系的映射；g
t
表示重力矢量在横向系的映射。3.根据权利要求1所述的虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，其特征在于，步骤S1中，所述横向导航系姿态由下式得到：其中，表示载体坐标系b到横向导航坐标系t的方向余弦矩阵；表示载体系相对于横向系的旋转角速度在载体系上的映射，[
·
X]为矢量变斜对称矩阵。4.根据权利要求1所述的虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，其特征在于，步骤S2中，所述利用虚拟圆球模型对横向导航系速度进行扩展，得到虚拟圆球模型下横向导航系速度的方法为：根据下式得到虚拟圆球模型下横向导航系速度：式中，υ
t
表示横向导航系的速度；表示横向系到导航系的方向余弦矩阵；表示导航系到横向系的方向余弦矩阵；K表示扩展系数矩阵，由下式计算：
式中，R
M
表示导航系子午圈曲率半径；R
N
表示导航系卯酉圈曲率半径；h
t
表示横向系高度。5.根据权利要求1所述的虚拟圆球模型下极区惯性导航相位调制阻尼方法，其特征在于，步骤S2中，所述根据虚拟圆球模型下横向导航系速度，得到横向导航系下载体的第一位置的方法为：对虚拟圆球模型下横向导航系速度利用转换矩阵获得横向导航系下载体的位置p
t
：式中，p
t
表示载体位置矢量在横向系下的映射；υ
v
表示虚拟圆球模型下横向导航系速度；R
c
表示转换矩阵，表示为：式中，表示横向卯酉圈曲率半径；h
t
表示横向系下高度；L
t

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祥，李凤，陈洋豪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：