一種適用于船載動(dòng)中通的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始粗對(duì)準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供了一種適用于船載動(dòng)中通的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始粗對(duì)準(zhǔn)方法，適用于船 載系泊狀態(tài)下要求快速對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的場(chǎng)合，屬于衛(wèi)星通訊技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用慣導(dǎo)方案動(dòng)中通進(jìn)行天線尋星對(duì)準(zhǔn)時(shí)，主要是利用慣導(dǎo)系統(tǒng)的俯仰角P、滾動(dòng) 角R以及航向角Y信息，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解算出天線各軸驅(qū)動(dòng)角度并驅(qū)動(dòng)天線指向目標(biāo)衛(wèi)星。 因此慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)角的初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間及對(duì)準(zhǔn)精度將決定著天線初始尋星精度及尋星時(shí)間。 目前，慣導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下初始對(duì)準(zhǔn)方法一般是采用粗精結(jié)合的動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)。首先 采用粗對(duì)準(zhǔn)算法獲得載體粗略姿態(tài)和航向角后，進(jìn)入卡爾曼濾波精對(duì)準(zhǔn)過程解算出載體精 確的姿態(tài)和航向角，再利用精確姿態(tài)信息解算出天線各軸驅(qū)動(dòng)角度，并驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)指向 衛(wèi)星，完成天線動(dòng)態(tài)尋星過程。
[0003] 慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對(duì)準(zhǔn)一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是解析式粗對(duì)準(zhǔn)，二是搖擺動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)。 解析式粗對(duì)準(zhǔn)要求載體必須完全靜止，車載情況下甚至要求關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)及避免人員走動(dòng)， 而且即便如此，仍需要通過延長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)間提高初始對(duì)準(zhǔn)精度。搖擺動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)能夠滿足船載 系泊狀態(tài)下的粗對(duì)準(zhǔn)，但該方法對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)，至少需要l-2min時(shí)間來完成一定精度的粗 對(duì)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，不能滿足用戶的快速性要求。
[0004] 另外，初始粗對(duì)準(zhǔn)必須滿足一定精度，尤其粗對(duì)準(zhǔn)航向角結(jié)果必須被限制在一定 誤差范圍內(nèi)，才能滿足線性卡爾曼精對(duì)準(zhǔn)時(shí)濾波器對(duì)初始條件的要求，保證濾波器收斂，否 則將影響慣導(dǎo)系統(tǒng)精對(duì)準(zhǔn)后的姿態(tài)精度。
[0005] 因此，如何縮短粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，同時(shí)提高粗對(duì)準(zhǔn)精度，是動(dòng)中通慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速初 始粗對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)難點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，依據(jù)船載動(dòng)中通在系泊狀態(tài)的特 點(diǎn)，提供了一種適用于船載動(dòng)中通的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始粗對(duì)準(zhǔn)方法，解決了慣導(dǎo)系統(tǒng)初始 粗對(duì)準(zhǔn)濾波時(shí)間長(zhǎng)且初始姿態(tài)誤差大，從而影響慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的快速性及對(duì)準(zhǔn)精度的 問題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
[0008] -種適用于船載動(dòng)中通的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始粗對(duì)準(zhǔn)方法，步驟如下：
[0009] (1)所述動(dòng)中通上電后，設(shè)置水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt和累加和數(shù)組變量 SUM[2]，初值均為0 ;讀取衛(wèi)星位置信息，并計(jì)算衛(wèi)星位置矢量Ssat在慣導(dǎo)系統(tǒng)地理坐標(biāo)系 OX YZ下的投影分量Sp;
[0010] (2)水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt開始計(jì)時(shí)，同時(shí)采樣慣導(dǎo)系統(tǒng)兩水平加速度計(jì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行累加計(jì)算，進(jìn)入步驟（3);
[0011] (3)判斷水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt是否達(dá)到預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間T，如果達(dá)到，則 解算出慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰角P和滾動(dòng)角R，之后進(jìn)入步驟（4);如果水平姿態(tài)解算定時(shí)器未達(dá)到 預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間，則返回步驟（2);
[0012] (4)讀取天線方位角和俯仰角，推算出投影分量Sp在載體坐標(biāo)系下的投影分量S b， 之后進(jìn)入步驟（5);
[0013] (5)根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰角P、滾動(dòng)角R以及載體坐標(biāo)系下的投影分量Sb解算出慣 導(dǎo)系統(tǒng)的航向主值Y±和航向象限變量Ymps，再通過判斷航向主值和航向象限變量的值推算 出慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向真值Υ，完成慣導(dǎo)系統(tǒng)初始粗對(duì)準(zhǔn)過程。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0015] (1)本發(fā)明利用船載動(dòng)中通在系泊狀態(tài)下航向角變化不大的情況，設(shè)計(jì)了一種快 速初始粗對(duì)準(zhǔn)方法。該方法設(shè)計(jì)采用加速度計(jì)的短時(shí)累加信息計(jì)算慣導(dǎo)系統(tǒng)的兩水平姿態(tài) 角，并利用平均濾波方法消除載體擾動(dòng)，提高慣導(dǎo)系統(tǒng)水平姿態(tài)角精度；設(shè)計(jì)了快速航向逆 推方法，利用衛(wèi)星位置信息、天線方位角和俯仰角以及慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰角和航向角信息，解算 出慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向真值。本發(fā)明利用船載系泊狀態(tài)航向角變化不大的特點(diǎn)，利用反推算法 簡(jiǎn)化了慣導(dǎo)系統(tǒng)初始粗對(duì)準(zhǔn)的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了快速的初始粗對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)提高了船載系泊狀 態(tài)下的慣導(dǎo)系統(tǒng)初始粗對(duì)準(zhǔn)精度；
[0016] ⑵本發(fā)明中提出的投影分量Sp的計(jì)算方法，充分考慮了同步衛(wèi)星的位置特點(diǎn)，簡(jiǎn) 化了運(yùn)算步驟，實(shí)現(xiàn)了一步計(jì)算出衛(wèi)星位置矢量在地理坐標(biāo)系統(tǒng)投影的功能；
[0017] (3)本發(fā)明中提出的投影分量Sb的計(jì)算方法，與傳統(tǒng)依靠慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)和航向角 解算衛(wèi)星位置信息在載體坐標(biāo)系下的投影方法不同，同樣利用了方向推導(dǎo)的原理，在已知 當(dāng)前天線的俯仰角和方位角的情況下反推出來衛(wèi)星位置信息在載體坐標(biāo)系下的投影，為后 續(xù)能成功逆推出慣導(dǎo)系統(tǒng)航向角創(chuàng)造了必要條件。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 動(dòng)中通（SOTM，Satcom On The Move)是"移動(dòng)中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)"的簡(jiǎn)稱， 其利用地球同步靜止衛(wèi)星作為通信信號(hào)的中轉(zhuǎn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)其覆蓋區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多 點(diǎn)、多點(diǎn)到多點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。主要特點(diǎn)為：衛(wèi)星覆蓋區(qū)域大，不受地域、距離等因素限制，專 用傳輸信道，傳輸帶寬大，傳輸速率高；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻圖像、伴音、電話以及數(shù)據(jù)傳輸。
[0020] 動(dòng)中通包括天線、天線控制系統(tǒng)、慣導(dǎo)系統(tǒng)。其中慣導(dǎo)系統(tǒng)的地理坐標(biāo)系是指原點(diǎn) 0選在載體重心處，X指向東，Y指向北，Z沿垂線方向指向天，即東北天坐標(biāo)系OX YZ ;載體坐 標(biāo)系是固連在載體上的坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)0位于載體的重心處，X1沿載體橫軸指向右，Y1沿載體縱軸指向前，Z1垂直于OX J1，并沿飛行器的豎軸指向上，載體坐標(biāo)系表示為OX1Y1Zid
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種適用于船載動(dòng)中通的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速初始粗對(duì)準(zhǔn)方 法，步驟如下：
[0022] (1)當(dāng)船載動(dòng)中通上電后，設(shè)置水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt和累加和數(shù)組變量 SUM[2]，初值均為0 ;讀取衛(wèi)星位置信息，并計(jì)算衛(wèi)星位置矢量Ssat在慣導(dǎo)系統(tǒng)地理坐標(biāo)系 OX YZ下的投影分量Sp;
[0023] 計(jì)算衛(wèi)星位置矢量Ssat在慣導(dǎo)系統(tǒng)地理坐標(biāo)系OXYZ下的投影分量Sp具體方法為：
[0024] 首先計(jì)算動(dòng)中通使用的同步衛(wèi)星位置矢量在地球坐標(biāo)系e上的投影S'為：
[0026] 其中Xsat為衛(wèi)星經(jīng)度，Hsat為衛(wèi)星高度，Re為地球半徑；然后計(jì)算衛(wèi)星矢量在地理 坐標(biāo)系OX YZ上的投影Sp為：
[0028] 其中識(shí)/w為動(dòng)中通載體的當(dāng)?shù)責(zé)樁?，Alns為動(dòng)中通載體的當(dāng)?shù)亟?jīng)度；
[0029] (2)水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt開始計(jì)時(shí)，同時(shí)采樣慣導(dǎo)系統(tǒng)兩水平加速度計(jì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行累加計(jì)算，進(jìn)入步驟（3);具體計(jì)算方法如下：
[0030] SUM[0] = SUM[0]+fAX
[0031] ，
[0032] SUM[1] = SUM[l]+fAY
[0033] 其中fAX為載體坐標(biāo)系下X軸加速度計(jì)輸出值，f AY為載體坐標(biāo)系下Y軸加速度計(jì) 輸出值；
[0034] (3)判斷水平姿態(tài)解算定時(shí)器LevelCnt是否達(dá)到預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間T，如果達(dá)到，則 解算出慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰角P和滾動(dòng)角R ;具體方法為：
[0037] 其中g(shù)為地球重力加速度，P為載體俯仰角，R為載體滾動(dòng)角，之后進(jìn)入步驟（4); 如果水平姿態(tài)解算定時(shí)器未達(dá)到預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間，則返回步驟（2);
[0038] (4)讀取天線方位角和俯仰角，推算出投影分量Sp在載體坐標(biāo)系下的投影分量S