[发明专利]一种用于编队飞行的相对导航系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于编队飞行的相对导航系统及方法，采用捷联惯导系统(SINS)与卫星定位系统(GPS)组合的方式，在飞机上分别安装SINS导航系统、GPS导航系统以及数据链通信系统，飞机间通过数据链进行数据传输。本发明中首先利用本机上的GPS信息校正SINS的信息，得到飞机的绝对定位结果，并对陀螺仪与加速度计的输出进行修正，再用飞机间GPS差分信息估计相对状态的误差，提高相对导航结果的精度；每架飞机不仅拥有局部融合滤波器，还有相对状态滤波器，融合系统采用全并行的分布式结构，进行并行处理，保证导航解算的实时性。

技术领域

本发明属于相对导航与组合导航领域，尤其涉及一种用于编队飞行的相对导航系统及方法。

背景技术

获取高精度的相对导航信息是编队飞行中的关键问题。为了保证飞行任务的完成，对相对导航算法的实时性、精确性以及可靠性提出了非常高的要求。

国内外在SINS/GPS的相对导航算法上大多数都采用集中滤波的方法，所有数据都送到一架飞机上进行融合，采用一个滤波器作为唯一的融合中心。

传统方法通过飞机间的运动关系构建相对状态误差方程，用GPS差分信息构造量测方程，通过滤波得到相对导航信息。传统方法的缺点在于状态方程中需要用到两套陀螺仪的角速度以及加速度计的比力数据，并且还需要用到两套惯导输出的位置速度和姿态信息。惯性导航系统的特点在于短时高精度，但导航结果随时间发散。因此，状态转移矩阵本身是带有误差的，而且呈发散趋势。这就造成了滤波模型的不准确。并且传统方法大多没有设置反馈回路，属于开环系统。同时以往较多采用的单融合中心的结构也不能满足编队飞行对实时性与数据共享的任务要求。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种用于编队飞行的相对导航系统及方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于编队飞行的相对导航系统，包括N架飞机，每架飞机上均安装SINS、GPS以及数据链通信系统，飞机间通过数据链传递相关数据。

一种用于编队飞行的相对导航方法，具体包括：

(1)飞机上安装SINS、GPS以及数据链通信系统，飞机间通过数据链传递相关数据；

(2)采用全并行的分布式结构；每架飞机为一个多传感器平台，包括局部融合滤波器和相对状态滤波器；每架飞机都可作为一个融合中心，解算得到与编队中任一飞机的相对位置、姿态和速度，全并行处理，保证实时性。

局部融合滤波器具体工作为：

(1)采用SINS与GPS紧组合的方式，利用GPS信息校正SINS的信息，得到绝对定位结果；

(2)用卡尔曼滤波的估计结果修正陀螺仪和加速度计输出的角速度和比力；

(3)局部融合滤波器修正后的角速度和比力、GPS量测以及局部融合滤波器解算得到的绝对位置，送往数据链与其他飞机共享。

相对状态滤波器具体工作为：

(1)每架飞机为一个融合中心，利用GPS载波相位差分信息，估计相对状态的误差，从而校正相对导航状态；

(2)状态方程采用相对惯性状态误差微分方程，量测为GPS载波相位差分的解算结果与相对导航状态的差值；

(3)采用卡尔曼滤波算法，估计飞机之间的相对导航状态误差；

(4)用卡尔曼滤波算法，得到陀螺仪漂移量和加速度计漂移量的误差值，用于校正角速度和比力，形成闭环系统。