一种松耦合陆地组合导航方法、装置、计算机设备和介质制造方法及图纸

本申请属于组合导航技术领域，涉及一种松耦合陆地组合导航方法、装置、计算机设备和介质，方法包括：获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束和第二光束各自的多普勒频移以及第一光束和第二光束各自的设计倾角，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度；将该误差速度转换到载体坐标系再转换到导航坐标系，得到导航坐标系下的误差速度，进而得到组合导航系统的量测模型；构建捷联惯性导航系统的误差模型；构建卡尔曼滤波器，估计组合导航系统的状态向量并进行导航。本方法基于二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成陆地组合导航系统，能提供载体的前向速度和天向速度。和天向速度。和天向速度。

【技术实现步骤摘要】
一种松耦合陆地组合导航方法、装置、计算机设备和介质


[0001]本申请涉及组合导航
，特别是涉及一种松耦合陆地组合导航方法、装置、计算机设备和介质。

技术介绍

[0002]组合导航系统需要将多个传感器的信息进行融合，以发挥各个传感器各自的优势。在陆地组合导航领域，全球定位系统、里程计得到了广泛运用，但它们都有其各自的缺陷：全球定位系统信号不稳定，抗干扰性较差且信号易被树木以及建筑物遮蔽；里程计的精度与载体的行驶状态以及车轮的状态密切相关，车轮温度、气压、磨损状况以及车辆行驶过程中出现的跳动、打滑都将使里程计的测量精度降低。
[0003]现有技术中，一维激光多普勒测速仪在近几年小范围运用在陆用组合导航领域，并取得了不错的效果。虽然一维激光多普勒测速仪不能像全球定位系统那样提供导航系下的速度和位置信息，但一维激光多普勒测速仪是完全自主的，无需接受外界信号；与里程计相比，一维激光多普勒测速仪的测量精度更高，且具有非接触测量、空间分辨率好、动态响应快、测速范围广、方向灵敏度高等优势。
[0004]但是，美中不足的是，一维激光多普勒测速仪和里程计一样只能提供载体前向的速度，这往往使得一维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统在载体高度估计上不太理想。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种松耦合陆地组合导航方法、装置、计算机设备和介质，能够基于二维激光多普勒测速仪和捷联惯性导航系统构成陆地组合导航系统，不仅能提供载体的前向速度，还能提供载体的天向速度，且能够进一步提高组合导航系统定位精度，尤其是在高度上的精度。
[0006]一种松耦合陆地组合导航方法，包括：
[0007]获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移、第二光束的多普勒频移、第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度；
[0008]将二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度转换到载体坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度；将二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度转换到导航坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度；
[0009]构建捷联惯性导航系统的误差模型；获取捷联惯性导航系统的速度误差，并根据二维激光多普勒测速仪的误差参数和二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度，得到二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的量测模型；
[0010]根据组合导航系统的量测模型和捷联惯性导航系统的误差模型，构建卡尔曼滤波器，对二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的状态向量进行估计，并根据估计结果进行陆地组合导航。
[0011]在一个实施例中，获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移、第二光束的多普勒频移、第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度包括：
[0012]获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移以及第二光束的多普勒频移，得到第一光束方向上的速度和第二光束方向上的速度：
[0013][0014][0015]式中，υ1为沿第一光束方向上的速度，υ2为沿第二光束方向上的速度，λ为二维激光多普勒测速仪的光束波长，为第一光束所测得的多普勒频移和为第二光束所测得的多普勒频移；
[0016]获取第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，并根据第一光束的设计倾角、第二光束的设计倾角、第一光束方向上的速度以及第二光束方向上的速度，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度：
[0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024]式中，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的天向误差速度，δK
i
为倾角设计值与实际倾角之间的偏差所引起的比例因子误差，为二维激光多普勒测速仪第一光束的设计倾角，为二维激光多
普勒测速仪第二光束的设计倾角。
[0025]在一个实施例中，将二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度转换到载体坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度包括：
[0026][0027][0028]φ
m
＝[φ
mx φ
my φ
mz
]T
[0029]式中，为二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度，I3表示三阶单位矩阵，m表示二维激光多普勒测速仪所在的坐标系，b表示载体坐标系，φ
m
表示二维激光多普勒测速仪所在坐标系与载体坐标系之间的安装差角误差，φ
mx
为俯仰安装差角误差，φ
my
为横滚安装差角误差，φ
mz
为航向安装差角误差，
×
表示矩阵叉乘，表示m系到b系的姿态转换矩阵。
[0030]在一个实施例中，将二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度转换到导航坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度包括：
[0031][0032][0033]式中，为二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度，n表示导航坐标系，φ表示惯导系统的姿态误差角，表示b系到n系的姿态转换矩阵。
[0034]在一个实施例中，获取捷联惯性导航系统的速度误差，并根据二维激光多普勒测速仪的误差参数和二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度，得到二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的量测模型包括：
[0035]由于：
[0036][0037][0038]δK＝[δK1δK2δK3δK4]T
[0039]因此：
[0040][0041][0042]式中，为捷联惯性导航系统的速度，为捷联惯性导航系统的速度误差，表示激光多普勒测速仪在n系中的真实速度，表示激光多普勒测速仪在b系中的真
实速度，为二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的量测模型。
[0043]在一个实施例中，构建捷联惯性导航系统的误差模型包括：
[0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051]其中：
[0052]υ
n
＝[υ
E
υ
N
υ
U
]T
[0053]δυ
n
＝[δυ
E
δυ
N
δυ
U
]T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种松耦合陆地组合导航方法，其特征在于，包括：获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移、第二光束的多普勒频移、第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度；将二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度转换到载体坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度；将二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度转换到导航坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度；构建捷联惯性导航系统的误差模型；获取捷联惯性导航系统的速度误差，并根据二维激光多普勒测速仪的误差参数和二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度，得到二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的量测模型；根据组合导航系统的量测模型和捷联惯性导航系统的误差模型，构建卡尔曼滤波器，对二维激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统构成的组合导航系统的状态向量进行估计，并根据估计结果进行陆地组合导航。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移、第二光束的多普勒频移、第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度包括：获取二维激光多普勒测速仪的光束波长、第一光束的多普勒频移以及第二光束的多普勒频移，得到第一光束方向上的速度和第二光束方向上的速度：勒频移，得到第一光束方向上的速度和第二光束方向上的速度：式中，υ1为沿第一光束方向上的速度，υ2为沿第二光束方向上的速度，λ为二维激光多普勒测速仪的光束波长，为第一光束所测得的多普勒频移和为第二光束所测得的多普勒频移；获取第一光束的设计倾角以及第二光束的设计倾角，并根据第一光束的设计倾角、第二光束的设计倾角、第一光束方向上的速度以及第二光束方向上的速度，得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度和天向误差速度，并得到二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度：仪在自身坐标系下的误差速度：仪在自身坐标系下的误差速度：仪在自身坐标系下的误差速度：
式中，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的前向误差速度，为二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的天向误差速度，δK
i
为倾角设计值与实际倾角之间的偏差所引起的比例因子误差，为二维激光多普勒测速仪第一光束的设计倾角，为二维激光多普勒测速仪第二光束的设计倾角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将二维激光多普勒测速仪在自身坐标系下的误差速度转换到载体坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度包括：括：φ
m
＝[φ
mx φ
my φ
mz
]
T
式中，为二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度，I3表示三阶单位矩阵，m表示二维激光多普勒测速仪所在的坐标系，b表示载体坐标系，φ
m
表示二维激光多普勒测速仪所在坐标系与载体坐标系之间的安装差角误差，φ
mx
为俯仰安装差角误差，φ
my
为横滚安装差角误差，φ
mz
为航向安装差角误差，
×
表示矩阵叉乘，表示m系到b系的姿态转换矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将二维激光多普勒测速仪在载体坐标系下的误差速度转换到导航坐标系，得到二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度包括：括：式中，为二维激光多普勒测速仪在导航坐标系下的误差速度，n表示导航坐标系，φ表示惯导系统的姿态误差角，表示b系到n系的姿态转换矩阵。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取捷联惯性导航系统的速度误差，并根据二维激光多普勒测速仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，向志毅，王琦，聂晓明，金世龙，程吉利，黄荣，席崇宾，陈兰剑，
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：