一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统，属于导航设备测试技术领域。本发明专利技术通过提取实测定位数据中相邻点间大地线的投影长度(S

【技术实现步骤摘要】
一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统


[0001]本专利技术属于导航设备测试
，更具体地，涉及一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统。

技术介绍

[0002]由于惯性导航设备在移交应用前，需要进行精度测试以评估其性能是否达标，而地球两极所处的地理位置不便于中国等中低纬度国家前往进行实测试验，且由于惯导极区编排算法和工作模式与中低纬度的不同，不能省略这一阶段的验证。
[0003]因此，前人研究了虚拟极区技术，将中低纬度地区的实测试验数据通过数学方法转换至极区进行等效的导航试验验证。轨迹重构过程是虚拟极区技术中的关键环节之一，目的是在极区规划一条与实测试验相似的运动轨迹。
[0004]专利CN2019107309381中公开了一种基于横向地理坐标系的轨迹重构方法，通过采取保持横向地理系下的姿态矩阵、速度和高度信息不变的轨迹重构原则，对补偿椭球校正系数后的横向速度积分重构极区位置轨迹。
[0005]然而，该方法存在以下缺陷和不足：实际使载体相对于当地水平面的运动特征发生改变，有违设计初衷，也造成了试验的额外误差，为后续的精度评估增加了困难。此外，现有技术也不能对重构轨迹的位置和方向灵活设置，局限性较大。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统，旨在解决如何在保持载体对地运动不变的条件下进行轨迹重构的问题。
[0007]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法，由模拟地区第i点向第i+1点的递推包括：
[0008]Step1：计算实测[i,i+1]时段的平均纬度B＝(B
i
+B
i+1
)/2，进而计算实测当地子午圈半径M和实测当地卯酉圈半径N；
[0009]Step2：计算该时段航迹的大地线方位角变化dK和相邻点间大地线的投影长度S
i,i+1
：
[0010]dK＝sinB
×
dL
[0011][0012]Step3：计算cosK，并根据dB和dL的符号判断K所处的象限，进而反演出平均方位角K：
[0013]cosK＝MdB/S
i,i+1
[0014]Step4：计算起始方位角K
i,i+1,s
、终止方位角K
i,i+1,e
和模拟轨迹该时段初始方位角
[0015][0016][0017][0018]Step5：计算模拟轨迹相邻点间大地线的投影长度
[0019][0020]Step6：根据i时刻模拟位置的纬度计算模拟地区子午圈半径M
*
和模拟地区卯酉圈半径N
*
；
[0021]Step7：计算模拟轨迹该时段纬度增量dB
*
、模拟轨迹该时段经度增量dL
*
和模拟轨迹该时段的大地线方位角变化dK
*
：
[0022][0023][0024][0025]Step9：计算载体在i+1时刻的模拟位置和模拟轨迹终止方位角
[0026][0027][0028][0029]其中，该时段纬度增量dB＝B
i+1
‑
B
i
，该时段经度增量dL＝L
i+1
‑
L
i
；R表示实测轨迹段所处的地表曲率半径；R
*
表示模拟轨迹段所处的地表曲率半径；表示i时刻模拟位置的经度，h
i+1
表示载体在i+1时刻大地高度。
[0030]优选地，Step7和Step9之间包括：
[0031]Step8：用分别替换Step5～Step7中的和重复Step5～Step7，直至满足精度要求。
[0032]优选地，实测轨迹段所处的地表曲率半径
[0033]优选地，模拟轨迹段所处的地表曲率半径
[0034]为实现上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种基于大地线递推的近地表轨迹重构系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，用于存储计算机执行指令；所述处理器，用于执行所述计算机执行指令，使得如第一方面所述的方法被执行。
[0035]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0036]本专利技术提出一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法和系统，通过提取实测定位数据中相邻点间大地线的投影长度(S
i,i+1
)、各定位点处大地线转角(K
i,i+1,s
‑
K
i
‑
1,i,e
)和高程变化信息(h
i+1
‑
h
i
)，采用保持对地航向的变化和对地高度不变的原则，由人为设定模拟区域的初始地点(包括包括h0)和初始方向开始，进行模拟航迹递推，完成实测轨迹在地表任意区域的重构。本专利技术经过数学证明满足重构轨迹与实测具有相同的对地运动特征，为后续评估结果的认定提供了严谨的理论依据；且本专利技术可适用于任意地点、任意方向的轨迹重构，增加了试验设计的灵活性。
附图说明
[0037]图1为本专利技术提供的实测轨迹大地元素解算示意图。
[0038]图2为本专利技术提供的模拟轨迹大地元素推算示意图。
[0039]图3为本专利技术提供的一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法流程图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0041]本专利技术对初始条件和变量符号的约定：
[0042](1)将地球视为旋转椭球体，大地水准面近似看作椭球面，大地高视为椭球高；
[0043](2)已知载体从0时刻开始航行，测得其位置信息。以P
i
表示载体在第i时刻的位置，由变量B
i
、L
i
、h
i
组成，分别表示载体在第i时刻的大地纬度、大地经度和大地高度；本专利技术中所述“载体”为车辆、船舶、潜水器、飞行器等一切在地表附近且参考地面运动的物体。
[0044](3)根据测试需要，设定同一大地高度的初始地点由变量h0组成，分别表示模拟区域起始纬度、模拟区域起始经度以及起始高度。初始运动方向为(北偏东为正，0
‑
360
°
)。
[0045](4)本专利技术中，所有无*均表示关于实测试验过程中的量，所有带*均表示关于模拟推算过程中的量。
[0046]图1为本专利技术提供的实测轨迹大地元素解算示意图。图2为本专利技术提供的模拟轨迹大地元素推算示意图，图中所示情况为地表的轨迹重构，即高程为0。有高程变化的载体运动轨迹投影于地表仍为大地线，不同地表曲率下等长轨迹的对地投影航本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大地线递推的近地表轨迹重构方法，其特征在于，由模拟地区第i点向第i+1点的递推包括：Step1：计算实测[i，i+1]时段的平均纬度B＝(B
i
+B
i+1
)/2，进而计算实测当地子午圈半径M和实测当地卯酉圈半径N；Step2：计算该时段实测航迹的大地线方位角变化dK和相邻点间大地线的投影长度S
i,i+1
：dK＝sinB
×
dLStep3：计算cosK，并根据dB和dK的符号判断K所处的象限，进而反演出平均方位角K：cosK＝MdB/S
i，i+1
Step4：计算起始方位角K
i，i+1，s
、终止方位角K
i，i+1，e
和模拟轨迹在该时段的初始方位角和模拟轨迹在该时段的初始方位角和模拟轨迹在该时段的初始方位角和模拟轨迹在该时段的初始方位角Step5：计算模拟轨迹相邻点间大地线的投影长度Step5：计算模拟轨迹相邻点间大地线的投影长度Step6：根据i时刻模拟位置的纬度计算模拟地区子午圈半径M
*
和模拟地区卯酉圈半径N
*
；Step7：计算模拟轨迹该时段纬度增量dB
*
...

【专利技术属性】
技术研发人员：文者，卞鸿巍，马恒，王荣颖，胡耀金，丁贤，陈喆，柯林，
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：