一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)橫速度的實(shí)時(shí)測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)極區(qū)導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用慣性測(cè)量單元的輸出值在橫地理坐標(biāo)系下的關(guān)系，實(shí)時(shí)測(cè)量出載體的橫東向速度和橫北向速度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)橫速度的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。本發(fā)明包括：得到船舶所在位置的橫經(jīng)度和橫地理緯度；得到極區(qū)模式中地球角速度在導(dǎo)航系的投影：獲得導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度在載體坐標(biāo)系的投影；獲得載體相對(duì)于導(dǎo)航系的角速度；測(cè)量載體的捷聯(lián)姿態(tài)矩陣；測(cè)量載體的橫速度；更新船舶所在位置的橫經(jīng)度和橫地理緯度信息；逐步迭代測(cè)量載體的橫速度。本發(fā)明在橫坐標(biāo)系的基礎(chǔ)下，可實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在極區(qū)的正常工作，實(shí)時(shí)測(cè)量出載體的橫速度信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)橫速度的實(shí)時(shí)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)極區(qū)導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用慣性測(cè)量單元的輸出值在橫地理坐標(biāo)系下的關(guān)系，實(shí)時(shí)測(cè)量出載體的橫東向速度和橫北向速度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)橫速度的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種利用陀螺和加速度計(jì)測(cè)量載體角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算求出載體瞬時(shí)姿態(tài)、速度和位置的導(dǎo)航設(shè)備，它完全依靠自身的敏感器件完成導(dǎo)航任務(wù)，無(wú)需依賴(lài)任何外界信息，也不向外輻射任何能量，是一種完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，因此具有隱蔽性好、抗干擾、不受任何氣象條件限制的優(yōu)點(diǎn)。正是由于以上優(yōu)點(diǎn)，它是重要航行體(如潛艇、洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船、遠(yuǎn)程飛機(jī)等)必不可少的導(dǎo)航設(shè)備。
[0003]目前，船舶慣性導(dǎo)航系統(tǒng)普遍采用當(dāng)?shù)厮焦潭ㄖ副狈綑C(jī)械編排，即采用地理坐標(biāo)系作為導(dǎo)航系。這種機(jī)械編排的導(dǎo)航系I軸要始終指向真北，當(dāng)船舶通過(guò)極點(diǎn)附近時(shí)，真北很快變化180度，此時(shí)導(dǎo)航系y軸指向變化的速率將會(huì)無(wú)窮大。
[0004]在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)械編排中，導(dǎo)航系相對(duì)地球的角速度在地理極點(diǎn)處出現(xiàn)奇點(diǎn)，無(wú)法進(jìn)行捷聯(lián)解算。綜合上述原因，地理坐標(biāo)系下的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)械編排無(wú)法進(jìn)行極區(qū)導(dǎo)航。
[0005]采用橫地理坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系可以解決慣性導(dǎo)航系統(tǒng)極區(qū)無(wú)法導(dǎo)航這個(gè)問(wèn)題。橫地理坐標(biāo)系是基于橫坐標(biāo)系建立的。橫坐標(biāo)系也稱(chēng)逆坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)系的々沿地軸方向，I軸在赤道平面與本初子午面的交線上，~在赤道平面內(nèi)與~、八軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
與地球因連，隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)。橫地理坐標(biāo)系是相對(duì)大地水準(zhǔn)面定義的橫東-橫北-天正交坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在地球表面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)載體所在點(diǎn)，V、只軸在地理水平面內(nèi)分別指向橫東向與橫北向，I軸與只軸和巧軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。船舶的位置可用橫經(jīng)度和橫緯度來(lái)表示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出了一種當(dāng)船舶航行至高緯度地區(qū)時(shí)，導(dǎo)航坐標(biāo)系由地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至橫地理坐標(biāo)系，通過(guò)轉(zhuǎn)換后的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)測(cè)量載體的橫速度的基于橫坐標(biāo)系下慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的橫速度實(shí)時(shí)測(cè)量方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]包括下列步驟:
[0009]步驟一:根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的位置數(shù)據(jù)得到船舶所在位置的橫經(jīng)度I和橫地理緯度?; [0010]步驟二:根據(jù)船舶所在位置的橫經(jīng)度I和橫地理緯度Z得到極區(qū)模式中地球角速度在導(dǎo)航系的投影:
【權(quán)利要求】
1.一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)橫速度的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于包括下列步驟: 步驟一:根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的位置數(shù)據(jù)得到船舶所在位置的橫經(jīng)度I和橫地理緯度L ; 步驟二:根據(jù)船舶所在位置的橫經(jīng)度I和橫地理緯度Z得到極區(qū)模式中地球角速度在導(dǎo)航系的投影:
-(Oic s i n λ
ω:: = -OJir cos/, sin L
(0kJ cos λ cos L
表示地球自轉(zhuǎn)角速度的大?。? 步驟三:根據(jù)導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度6^和初始捷聯(lián)姿態(tài)矩陣CJ獲得導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度在載體坐標(biāo)系的投影6^: 步驟四:根據(jù)陀螺儀的輸出數(shù)據(jù)^獲得載體相對(duì)于導(dǎo)航系的角速度W:
ω I — t^ib ~ ①m 步驟五:根據(jù)6/,構(gòu)成的斜對(duì)稱(chēng)陣0^實(shí)時(shí)測(cè) 量載體的捷聯(lián)姿態(tài)矩陣Cf:
Ci =Cln1Lb 步驟六:根據(jù)加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)fb和載體的姿態(tài)矩陣Cf測(cè)量載體的橫速度: ViI =Clfb-{^^xv:+Sn 宕"—是重力式量在橫地理坐標(biāo)系下的投影； 步驟七:根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的橫速度信息，實(shí)時(shí)更新船舶所在位置的橫經(jīng)度I和橫地理緯度Z/[目息: 丄V-丄V_ L = ， λ =-=^-scc Ζ, RuI &和巧分別表示載體的橫速度在東向和北向的分量，和&表示橫坐標(biāo)系下地球的自由曲率半徑； 步驟八:返回步驟二中，逐步迭代測(cè)量載體的橫速度。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK103940428SQ201410105275
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】于飛, 阮雙雙, 鮑桂清, 奔粵陽(yáng), 楊曉龍, 趙維珩, 李敬春 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)