[发明专利]一种基于横坐标系的极区航行船舶捷联惯性导航系统重调方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种导航方法，具体地说是导航系统重调方法。

背景技术

船用惯性导航系统在船舶航行过程中，连续不断地自主计算并输出船舶的各种导航参数，包括船舶的速度、姿态、航向以及所在位置的经度、纬度等数据。惯性导航系统这种不需要借助电磁波或光波与外部卫星或天体联系，而独立完成导航功能的自主性是他的优点，但是惯性导航系统的误差，特别是它提供的经度和纬度误差，随船舶航行时间的延长而不断增长积累。远洋船舶在海上航行时间很长，船用惯性导航系统需要在海上连续工作数十天甚至数月，不断增长的纬度和经度误差就必然超出允许的范围。因此船用惯性导航系统的导航精度，需借助外部数据对惯性导航系统累积的误差进行校准。

随着对极地地区科学考察的发展，极地的重要性越来越受到世界各国的重视。无论从地质资源、战略意义或是货运贸易来看，极区对于我国的发展都有重要的意义。对于航行在极区的船舶来说，导航的精度保证至关重要。目前，很多学者对惯性导航系统综合校正技术进行了大量的研究工作。黄德鸣，程禄编著的《惯性导航系统》一书提出了基于OEPQ坐标系下综合校正算法，这种算法需要限制载体航行方式，要求载体航行速度很低并且需沿纬线圈航行，并且在极地地区，OEPQ坐标系中的E轴和Q轴的指向在极区内的变化非常快，甚至在极点处没有意义；哈尔滨工程大学曾提出在惯性系下使用位置和航向信息进行陀螺漂移和航向误差校正的方法，但该方法也是建立在传统坐标框架内，船舶在极区航行过程中，因纬度过高而不能进行导航解算；北京航空航天大学提出利用参数辨识的方法对系统进行综合校正，但是该方法忽略了高阶误差，因此在校正间隔较大时会造成较大的舍入误差，并且其方法是基于导航坐标系为地理坐标系的假设，这些对于工作在极区舰船惯性导航系统来说并不适用；北京理工大学提出了一种单点海上校准方法，但忽略了系统的初始对准，并且其设计过程中考虑导航坐标系为地理坐标系，无法在极区使用。所以，无论是经典的基于OPEQ坐标系ψ方程的系统重调方案，还是近年来出现的一些新方案，都没有考虑到极区使用的问题，不能解决极区舰船捷联惯导系统重调问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可有效解除传统综合校正方法中对舰船速度和航行方式的限制，以及解决传统校正算法在极区不适用的问题的一种基于横坐标系的极区航行船舶捷联惯性导航系统重调方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于横坐标系的极区航行船舶捷联惯性导航系统重调方法，其特征是：

（1）在第一个位置点t_n时刻，将外部测量设备测得的位置信息与惯性导航系统的位置信息输出值作差，得到第一点的横经度位置误差和横纬度位置误差后，并依此对系统位置误差进行重调，应用横坐标系下的P方程计算得到重调后第一位置点横经纬度位置航向误差与tn时刻平台漂移角之间的关系式：

P(t_n)=T(t_n)ψⁱ(t_n)

其中i表示地心惯性坐标系，P(t_n)为t_n时刻的横经纬度位置误差和航向误差矩阵，ψⁱ(t_n)为t_n时刻地心惯性坐标系下的平台漂移角，T(t_n)为P(t_n)和ψⁱ(t_n)二者之间的坐标转换矩阵；

（2）在第二个位置点t_n+1时刻再次观测，将外部测量设备测得的位置信息与惯性导航系统的位置信息输出值作差，得到第二点的横经度位置误差和横纬度位置误差并依此对系统位置误差进行重调，结合步骤（1），得到t_n+1时刻位置航向误差与陀螺漂移之间的关系

P(t_n+1)=T(t_n+1)([T(t_n)]^-1·P(t_n)+U(t_n+1-t_n)·ε^b)

其中，为矩阵在时刻t_n到t_n+1的积分，

这里惯性坐标系下的ψ方程为平台漂移角和陀螺漂移的关系方程，其表达式为