惯导系统的初始粗对准方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种惯导系统的初始粗对准方法、装置、设备及介质。该方法包括：根据惯导系统载体信息、极区信息与地球经纬线信息，生成极区横向平面坐标系、过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系以及惯性凝固坐标系；计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准；对惯导系统载体的姿态矩阵、速度以及位置进行迭代更新解算，并计算得到过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵；计算得到极区横向平面坐标系下的惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准。通过采用上述技术方案，能够克服极区重力矢量和地球自转矢量共线导致的粗对准误差过大的问题，提高惯导系统的初始粗对准精度。初始粗对准精度。初始粗对准精度。

【技术实现步骤摘要】
惯导系统的初始粗对准方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及一种惯导系统的初始粗对准方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]惯性导航的本质是一个积分舰位推算过程，而初始对准的目的就是确定积分初值的过程，积分初值包含姿态初值、速度初值和位置初值。速度和位置初值通常由外界输入，所以初始对准的主要任务在于确定载体的姿态，即初始姿态矩阵。初始对准速度决定了系统的启动时间，初始对准精度直接影响导航精度，因此初始对准技术是惯导系统的关键技术之一。初始对准通常可分为粗对准和精对准两个阶段，在粗对准阶段，估计出姿态的粗略值，能够简化精对准误差模型，缩短精对准时间。
[0003]在地球极区，由于重力矢量和地球自转矢量共线，会导致惯性导航系统目前使用的解析式粗对准方法或惯性凝固坐标系下的双矢量定姿法，都无法完成极区环境下的自对准。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种惯导系统的初始粗对准方法、装置、设备及介质，能够克服极区重力矢量和地球自转矢量共线导致的粗对准误差过大的问题，提高惯导系统的初始粗对准精度。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种惯导系统的初始粗对准方法，包括：
[0006]根据惯导系统载体信息、极区信息与地球经纬线信息，生成极区横向平面坐标系、过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系以及惯性凝固坐标系；
[0007]根据陀螺和加速度计的测量数据，以及过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系和惯性凝固坐标系之间的映射关系，计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准；
[0008]对惯导系统载体的姿态矩阵、速度以及位置进行迭代更新解算，并计算得到过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵；
[0009]根据惯导系统载体的姿态矩阵初值以及过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵，计算得到极区横向平面坐标系下的惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准。
[0010]根据本专利技术的另一方面，提供了一种惯导系统的初始粗对准装置，包括：
[0011]坐标系生成模块，用于根据惯导系统载体信息、极区信息与地球经纬线信息，生成极区横向平面坐标系、过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系以及惯性凝固坐标系；
[0012]姿态矩阵初值获取模块，用于根据陀螺和加速度计的测量数据，以及过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系和惯性凝固坐标系之间的映射关系，计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准；
[0013]方向余弦矩阵计算模块，用于对惯导系统载体的姿态矩阵、速度以及位置进行迭代更新解算，并计算得到过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵；
[0014]姿态方向余弦矩阵计算模块，用于根据惯导系统载体的姿态矩阵初值以及过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵，计算得到极区横向平面坐标系下的惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
[0016]至少一个处理器；以及
[0017]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0018]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术任一实施例所述的惯导系统的初始粗对准方法。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本专利技术任一实施例所述的惯导系统的初始粗对准方法。
[0020]本专利技术实施例的技术方案，通过利用惯导系统载体中配置的测量仪所测量的数据，经多公式计算获得极区横向平面坐标系下惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准的方式，克服了极区重力矢量和地球自转矢量共线导致的粗对准误差过大的问题，能够有效提高惯导系统的初始粗对准精度。
[0021]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是根据本专利技术实施例一提供的一种惯导系统的初始粗对准方法的流程图；
[0024]图2是根据本专利技术实施例二提供的另一种惯导系统的初始粗对准方法的流程图；
[0025]图3是根据本专利技术实施例三提供的一种惯导系统的初始粗对准装置的结构示意图；
[0026]图4是实现本专利技术实施例的惯导系统的初始粗对准方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]实施例一
[0030]图1为本专利技术实施例一提供的一种惯导系统的初始粗对准方法的流程图，本实施例可适用于利用惯导系统载体中配置的测量仪所测量的数据，经多公式计算获得惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准的情况，该方法可以由惯导系统的初始粗对准装置来执行，该惯导系统的初始粗对准装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该惯导系统的初始粗对准装置可配置于具备数据处理功能的计算机中。如图1所示，该方法包括：
[0031]S110、根据惯导系统载体信息、极区信息与地球经纬线信息，生成极区横向平面坐标系、过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系以及惯性凝固坐标系。
[0032]本专利技术提出的惯导系统的初始粗对准方法可适用于多种类型的移动载体中，如飞行器、船舶等。
[0033]为了便于解释本专利技术的实施例，可用n<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯导系统的初始粗对准方法，其特征在于，包括：根据惯导系统载体信息、极区信息与地球经纬线信息，生成极区横向平面坐标系、过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系以及惯性凝固坐标系；根据陀螺和加速度计的测量数据，以及过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系和惯性凝固坐标系之间的映射关系，计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准；对惯导系统载体的姿态矩阵、速度以及位置进行迭代更新解算，并计算得到过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵；根据惯导系统载体的姿态矩阵初值以及过渡导航坐标系与极区横向平面坐标系的方向余弦矩阵，计算得到极区横向平面坐标系下的惯导系统载体的姿态方向余弦矩阵，以完成惯导系统的初始粗对准。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据陀螺和加速度计的测量数据，以及过渡导航坐标系、惯性坐标系、载体坐标系和惯性凝固坐标系之间的映射关系，计算获取惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准，包括：根据陀螺和加速度计的测量数据，分别计算过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵、载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵以及惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵；利用过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵、载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵以及惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵，计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，以完成过渡导航坐标系下的初始粗对准。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据陀螺和加速度计的测量数据，分别计算过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵、载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵以及惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵，包括：根据公式：；计算过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵；其中，为地球自转角速度，t为惯导系统的初始粗对准已运行时长；获取陀螺输出的角增量，计算载体坐标系相对于惯性凝固坐标系的变换四元数，并对四元数进行解算；根据四元数的计算结果与如下公式：；计算载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵；其中，q0、q1、q2、q3为四元数的解算结果值；获取加速度计输出的比力增量，计算惯性凝固坐标系下与惯性坐标系下的多个速度增
量；根据惯性凝固坐标系下与惯性坐标系下的多个速度增量与如下公式：；计算惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵；其中，表示惯性凝固坐标系下从t0到t
u
时刻的速度增量、表示惯性凝固坐标系下从t
v
到t
d
时刻的速度增量、表示惯性坐标系下从t0到t
u
时刻的速度增量、表示惯性坐标系下从t
v
到t
d
时刻的速度增量，t0为过渡导航坐标系下的初始粗对准开始时刻，t
d
为过渡导航坐标系下的初始粗对准结束时刻，t
v
以及t
u
为根据预设选取规则在t0与t
d
之间选取的时间点，且。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵、载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵以及惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵，计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值，包括：获取过渡导航坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵、载体坐标系与惯性凝固坐标系之间的方向余弦矩阵以及惯性凝固坐标系与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵的计算值；根据公式：；计算得到惯导系统载体的姿态矩阵初值。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琳，艾光彬，周海渊，孙伟强，范玮，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：