组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及导航测量技术领域，公开了一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统。组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：基于惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取从坐标原点至电子角度测量仪的第一向量与从万向节联轴器至GNSS天线相位中心的第二向量；在第一时刻获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，在第二时刻获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于上述数据，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明专利技术系统结构简单，为组合导航算法提供在线杆臂值测量结果，降低组合导航算法复杂度，提升导航精度。提升导航精度。提升导航精度。

【技术实现步骤摘要】
组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及导航测量
，尤其涉及一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统。

技术介绍

[0002]航空遥感载荷集成了多种类型的传感器，其中包括了由惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）和全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）构成的组合导航设备。惯性导航系统 (Inertial Navigation System，INS)是一种不依赖于外部信息的自主式导航系统，它不需要任何外来信息也不向外辐射任何信息，可在任何介质和任何环境条件下实现导航，且能输出飞机的位置、速度、方位和姿态等多种导航参数，系统的频带宽，能跟踪运载体的任何机动运动，导航输出数据平稳，短期稳定性好，但其导航精度随时间而发散，即长期稳定性差；而全球导航卫星系统输出定位精度高，不随时间发散，但其信号会被干扰或者遮挡，无法稳定地提供连续导航参数。各导航系统单独使用时是很难满足导航性能要求的，提高导航系统整体性能的有效途径是采用组合导航技术，即用两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正之，形成了单个子系统不具备的功能和精度，提高整个系统的可靠性。为了获取高质量测量数据，需要将遥感载荷安装到三轴稳定平台上，惯性导航系统一般以惯性测量单元 (Inertial Measurement Unit，IMU)的几何中心作为导航定位或测速的参考基准，而全球导航卫星系统则以接收机天线的相位中心作为参考基准，在同时使用时，它们在安装位置上存在一定的偏差，而该偏差在实际飞机运行中会导致速度和位置测量的差异，称为杆臂误差，所以在组合导航中需要对该误差进行补偿，而在飞行过程中，三轴稳定平台会实时转动三个框架以保持成像载荷水平并指向飞机飞行方向，从而导致IMU中心与GNSS天线相位中心之间的相对方位不断发生变化，使得IMU中心与GNSS天线相位中心之间的杆臂值实时变化。
[0003]在现有的技术中，通常需在初始时对杆臂值进行测量，然后在导航算法中对杆臂值进行计算估计，该方法不仅会增加导航算法的计算量，同时由于杆臂值是一个估量值，仍会损失导航精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统，旨在解决现有技术中杆臂值补偿方法计算量大且精度较低的技术问题。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种组合导航系统杆臂值在线测量方法，应用于组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表
面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连，所述组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：所述杆臂值测量子系统基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
[0006]可选的，在本专利技术第一方面的第一种实现方式中，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值包括：所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；所述杆臂值测量子系统基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
[0007]可选的，在本专利技术第一方面的第二种实现方式中，所述杆臂值的计算公式如下：；其中，为所述杆臂值，为所述旋转矩阵，为所述第三向量。
[0008]可选的，在本专利技术第一方面的第三种实现方式中，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量包括：所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；所述杆臂值测量子系统基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
[0009]可选的，在本专利技术第一方面的第四种实现方式中，所述第四向量的计算公式如下：
；其中，为所述第四向量，为所述第一向量，为所述第一长度测量结果，为第一空间角，为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；所述第三向量的计算公式如下：；其中，为所述第三向量，为所述第四向量，为所述第二向量。
[0010]可选的，在本专利技术第一方面的第五种实现方式中，所述旋转矩阵的计算公式如下：；其中，为所述旋转矩阵，为所述第一向量，为所述第四向量，为所述第一长度测量结果，为第三空间角，为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。
[0011]本专利技术第二方面提供了一种组合导航系统杆臂值在线测量系统，包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连；所述杆臂值测量子系统用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合导航系统杆臂值在线测量方法，应用于组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连，所述组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：所述杆臂值测量子系统基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。2.根据权利要求1所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值包括：所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；所述杆臂值测量子系统基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。3.根据权利要求2所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值的计算公式如下：；其中，为所述杆臂值，为所述旋转矩阵，为所述第三向量。4.根据权利要求2所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心
的第三向量包括：所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；所述杆臂值测量子系统基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。5.根据权利要求4所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述第四向量的计算公式如下：；其中，为所述第四向量，为所述第一向量，为所述第一长度测量结果，为第一空间角，为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；所述第三向量的计算公式如下：；其中，为所述第三向量，为所述第四向量，为所述第二向量。6.根据权利要求4所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述旋转矩阵的计算公式如下：；其中，为所述旋转矩阵，为所述第一向量，为所述第四向量，为所述第一长度测量结果，为第三空间角，为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。7.一种组合导航系统杆臂值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺鹏，徐冲，浣石，范永祥，曾宪锋，戴淦锷，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：