[发明专利]一种基于非线性跟踪微分器的杆臂误差解算方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航系统和卫星导航系技术领域，具体涉及一种在SINS/卫星导航系统重力测量中基于非线性跟踪微分器的杆臂误差解算方法。

背景技术

SINS/卫星导航系统在重力测量中，在舰船和飞机上都可以搭载SINS和卫星导航系统接收机；由于重力测量的幅度广阔，受地形限制小，测量速度快周期短，系统搭载快捷等优点，受到越来越广泛的探究。

目前，在实际应用中，安装在载体上的SISN中心和卫星导航系统(GPS或北斗)接收机中心有一定的距离，产生了杆臂效应误差。这种杆臂误差会造成系统的位置、速度和加速度误差，且这些误差对测量精度产生较大的影响，使测量的数据效果不明显。因此，通常要对存在的杆臂效应误差进行解算和修正。通常对杆臂距离引起的加速度误差在解算和修正中需要计算角速度的微分值角加速度。跟踪微分器具有提取跟踪信号，并且微分信号的功能，由跟踪微分器得到的微分信号是输入信号广义倒数的一种光滑逼近。相应的仿真表明，适当构造非线性函数能得到品质较高的跟踪微分器，此外在跟踪微分器中加入二阶低通滤波器能有效处理噪声，得到比较精确的输出结果。因此，可以选用非线性跟踪微分器对角速度信号进行跟踪和微分，得到角加速度输出，以便进行杆臂效应解算和修正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可为SINS/卫星导航系统在重力测量中，由SINS和卫导接收机中心不重合产生的杆臂误差提供较精确的解算修正提高精度的基于非线性跟踪微分器的杆臂误差解算方法。

本发明包括以下几个步骤：

(1)利用SINS的加速度计采集载体比力信息，得到在载体坐标系下的比力f^b；

(2)根据惯导系统解算方程，已知载体坐标系到地理坐标系的余弦矩阵可以得到地理系相对地球系的速度矢量

(3)利用初始经纬度信息，确定地理系到地球系的角速度将地球的自转角速度投影到地理坐标下为求和得到地理坐标系到惯性系角速度

(4)利用SINS陀螺仪采集载体的角速度信息以及角速度在余弦矩阵作用下可得到求差可得载体在导航解算后的载体相对于地理坐标系的角速度

(5)利用SINS采集的比力信息和余弦矩阵确定SINS在载体坐标系中的位置信息；利用卫星导航系统接收机采集到的卫星导航系统的信号确定接收机在载体系中的位置信息，位置信息与位置信息作差得到两系统在载体系中的杆臂距离r^b；

(6)对载体系中的杆臂距离r^b进行解算和微分得到在地理坐标系下的距离误差Δl，速度误差Δv和加速度误差Δa,得到在地理系下的表达式以及与角速度的关系；

(7)根据载体相对于地理坐标系的角速度的斜对称矩阵信息，利用跟踪微分器以角速度为非线性跟踪器的输入，则输出为角加速度信息，得到斜对称矩阵的微分值

(8)根据载体相对于地理坐标系的距离误差，速度误差和加速度杆误差的模型表达式，利用跟踪微分器得到的信息，解算出杆臂误差值。

比力f^b

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步骤(2)中，载体系到地理系的转换矩阵定义为坐标系先绕z轴转动偏航角ψ，再绕x轴转动俯仰角θ，最后绕y轴转动滚动角γ得到，具体表达式为：