一种基于逆坐标系的极区传递对准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于逆坐标系的极区传递对准方法，将地球作为球体，通过建立逆坐标系，将传统坐标系下载体的导航信息转化到逆坐标系中，得到新坐标系下的载体导航信息；建立基于逆坐标系的新的地理坐标系，通过建立速度加姿态的快速传递对准匹配方法，建立新的坐标系下的传递对准的状态方程和量测方程，建立卡尔曼滤波方程，来对主子惯导的失准角进行估计，判定极区传递对准的可行性。本发明专利技术解决了舰船在极区导航时，基于传统地理坐标系的传递对准方法无法使用的问题，具有自主，灵活简单，具有一定导航精度的特点，更适用于舰载武器在高纬度以及极区的发射。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，将地球作为球体，通过建立逆坐标系，将传统坐标系下载体的导航信息转化到逆坐标系中，得到新坐标系下的载体导航信息；建立基于逆坐标系的新的地理坐标系，通过建立速度加姿态的快速传递对准匹配方法，建立新的坐标系下的传递对准的状态方程和量测方程，建立卡尔曼滤波方程，来对主子惯导的失准角进行估计，判定极区传递对准的可行性。本专利技术解决了舰船在极区导航时，基于传统地理坐标系的传递对准方法无法使用的问题，具有自主，灵活简单，具有一定导航精度的特点，更适用于舰载武器在高纬度以及极区的发射。【专利说明】
本专利技术涉及，可用于舰船的舰载武器高纬度以及在极区的发射和舰船在极区的能源勘测导航。
技术介绍
传递对准技术是动基座初始对准的一种，传递对准涉及到两套惯导系统。在舰船上或者飞机上，都会安装一套高精度的惯导系统，作为舰船、飞机的主惯导系统(Mainlnertial Navigation System简写为MINS)。舰载武器装备以及机载导弹等都有自己的一套惯导系统，通常它们的精度不是很高，相对于主惯导系统把它们称为子惯导系统(Slave Inertial Navigation System简写为SINS)。在捷联式惯性导航系统中，初始对准就是确定捷联矩阵的初值，传递对准就是利用高精度主惯导系统的导航信息来校准未对准的子惯导系统，来确定子惯导系统的捷联矩阵初值。传递对准主要可以分为两大类:计算参数匹配和测量参数匹配。常用的匹配方法有:速度匹配法、比力匹配法、角速度匹配法、姿态匹配法、位置匹配法等，其中速度和位置匹配法是目前较为成熟的传递对准匹配方法，已经应用在了很多武器装备上。此外还有复合参数匹配方法如:速度加角速度匹配法、速度加姿态匹配法等，目前来看速度加姿态匹配法是迄今为止匹配速度最快的一中匹配方法，也叫做快速传递对准。速度加姿态匹配传递对准是迄今为止对准速度最快的一种匹配方法。速度加姿态匹配利用了混合参数信息进行匹配，提高了系统的可观测度。速度加姿态匹配传递对准结合了速度误差匹配和姿 态差匹配的特点，在对准时运载体不需要长做长时间的机动，只需要配合做机抖动作就能完成对准。而且对准时间短，在10秒内姿态精度可达到Imrad以下。因此速度加姿态匹配传递对准也叫做快速传递对准，由于对准时间短，对准精度高，快速传递对准在战术武器中的应用越来越受到研究人员的重视。速度加姿态匹配传递对准在姿态匹配的基础上引入速度信息，以主、子惯导系统的速度误差和姿态差作为观测量，通过卡尔曼滤波估计出主、子惯导系统之间的安装误差角。极区导航是一种在极区附近进行载体定位导航技术。当船舶在极区附近航行时，应用传统的经纬度坐标系对舰船进行定位会有很大的困难。在极区经度线会快速的收敛，舰船在作东西航行时，经度的变化率很大，这就要求给方位陀螺仪施加过大的控制力矩。舰船如果作南北航行时，穿越极点，航向会作180°转变。所以在极点，方向就失去了意义。以传统的经纬度坐标系设计的导航系统也就无法在高纬度地区有效地工作。为了克服基于传统经纬度坐标系设计的惯导系统无法有效工作的问题，出现了自由方位惯导系统和游移方位惯导系统。但是在计算位置和指令角速率时，仍然具有fSWsee?5,尤其是当纬度f接近或等于90°时，对于计算机而言，会产生过满溢出，导致计算机停机。因此解决极区导航定位，需要重新考虑坐标系的建立。
技术实现思路
本专利技术解决的关键问题是，在进行极区导航时，对于传统坐标系下的传递对准方法不能够在高纬度以及极区附近进行传递对准的不足，提出了，通过建立逆坐标系，将传统坐标系下的基本导航信息换算到逆坐标系下，建立基于逆坐标系的地理坐标系，根据传统的传递对准的匹配方法，推导出基于逆坐标系的速度加姿态匹配对准的速度误差微分方程和主子惯导的失准角微分方程，克服了舰船在进行极区导航时，基于传统地理坐标系的传递对准方法不再适用的问题，大大的提高了舰船导航系统在高纬度以及极区附近的实现传递对准的可行性。本专利技术的技术方案为:，建立一个新的坐标系一逆坐标系，结合传统坐标系的传递对准匹配方法，建立基于逆坐标系的速度加姿态匹配传递对准的微分方程，建立速度加姿态匹配的状态方程和量测方程，利用卡尔曼滤波方法得到载体在高纬度以及极区附近航行进行传递对准时主子惯导之间的失准角估计值。首先通过建立基于逆坐标系的新的地理坐标系，将传统坐标系下的高纬度以及极区转化为逆坐标系下的中低纬度区域，利用数学几何的思想，将传统坐标系下载体的位置、航向信息换算到逆坐标系下，利用获得的相关导航信息，以速度加姿态匹配的快速传递对准方法，推导基于逆坐标系下的极区传递对准微分方程，建立速度误差和主子惯导失准角的微分方程，建立卡尔曼滤波模型对主子惯导的失准角进行滤波估计，在一定程度上克服了舰船在极区无法进行传递对准的问题，提高了极区传递对准的精度。具体的步骤如下:(I)建立逆坐标系，根据坐标转换的原理将传统的地球坐标系转化为逆坐标系；(2)建立基于逆坐标系下的新的地理坐标系；(3)将传统地球坐标系下的载体基本位置信息，航向信息转换到逆坐标系，通过几何运算得到逆坐标系下载体的经纬度信息和航向信息；(4)利用建立的新地理坐标系，将地球自转角速度和新地理坐标系旋转角速度投影到新的地理坐标系下；(5)按照上述步骤(I)?(4)，得到逆坐标系下载体的位置信息，航向信息，以及地球自转角速度和新地理坐标系旋转角速度在新的地理坐标系的坐标投影，建立基于逆坐标系下的速度加姿态的快速传递对准微分方程；(6)利用建立的速度加姿态微分方程，建立卡尔曼滤波模型，对主子惯导的失准角进行滤波估计。本专利技术的基本原理是:利用所建立的逆坐标系将传统经纬度坐标系下的高纬度以及极区转化为逆坐标系定义下的中低纬度区域，通过两个坐标系之间导航信息的转化，可以得到逆坐标系下载体的基本导航信息，如图1、2所示，通过基于逆坐标系下新地理坐标系的建立，可得到地球自转角速度，以及载体航行角速度在新的地理坐标系下的投影坐标，如图3所示，再结合传统坐标系下传递对准的匹配方法，推导基于逆坐标系，极区传递对准的速度误差方程和失准角误差方程，利用速度加姿态匹配的方法，建立传递对准的状态方程模型，并以主子惯导之间的速度差和姿态差为观测量，建立传递对准的量测方程，最后利用卡尔曼滤波方法，建立速度加姿态匹配传递对准的卡尔曼滤波模型，实现对主子惯导之间实际失准角的滤波估计。本专利技术的优势在于:解决了传统经纬度坐标系下，舰载武器在高纬度以及极区附近进行发射时无法有效进行传递对准的缺陷，设计了逆坐标系下传递对准方案，利用导航信息和主子惯导之间的动力学方程，建立极区速度加姿态匹配的传递对准微分方程，设计了速度加姿态匹配的卡尔曼滤波器，估计主子惯导之间的失准角，解决了舰载武器在高纬度以及极区附近区域进行传递对准的严重发散，影响导航精度的问题，提高了惯导系统的适用范围及其在高纬度地区的传递对准精度，使其更加适用于我国舰船在极地的资源勘测和战略瞰制。【专利附图】【附图说明】图1载体在传统坐标系和逆坐标系下的位置关系图；图2传统坐标系和逆坐标系之间的航向关系图；图3逆坐标系下建立的新地理坐标系；图4为本专利技术方法的流程图【具体实施方式】以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逆坐标系的极区传递对准方法，其特征在于，包括下列几个步骤：(1)建立逆坐标系，根据坐标转换的原理将传统的地球坐标系转化为逆坐标系；(2)建立基于逆坐标系下的新的地理坐标系；(3)将传统地球坐标系下的载体基本位置信息，航向信息转换到逆坐标系，通过几何运算得到逆坐标系下载体的经纬度信息和航向信息；(4)利用建立的新地理坐标系，将地球自转角速度和新地理坐标系旋转角速度投影到新的地理坐标系下；(5)按照上述步骤（1）～（4），得到逆坐标系下载体的位置信息、航向信息以及地球自转角速度和新地理坐标系旋转角速度在新的地理坐标系的坐标投影，建立基于逆坐标系下的速度加姿态的快速传递对准微分方程；(6)利用建立的速度加姿态的快速传递对准微分方程，建立卡尔曼滤波模型，对主子惯导的失准角进行滤波估计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙枫，杨祥龙，刘新源，李敬春，李明宇，叶攀，杨晓龙，赵维珩，阮双双，杨蛟龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：