[发明专利]一种校正加速度计误差的SINS/CNS组合导航方法

说明书

本发明公开了一种校正加速度计误差的SINS/CNS组合导航方法，属于组合导航技术领域。该组合导航方法在姿态量测的基础上，结合星光折射间接敏感地平与载体运动学约束，对惯性器件误差进行校正。主要步骤包括：通过恒星星敏感器观测星图信息，输出载体姿态信息，与惯性器件输出的姿态信息构成姿态量测；利用星光折射计算折射视高度，与惯性器件输出的位置信息计算构成视高度量测；结合载体的运动学规律，给出运动学约束量测；利用信息融合，校正陀螺仪和加速度计的误差，并对SINS导航信息进行反馈校正。本发明利用姿态、位置以及运动学约束作为组合导航的量测信息，对SINS误差进行校正，可显著提高SINS/CNS组合导航系统的导航精度。

技术领域

本发明属于组合导航技术领域，涉及一种校正加速度计误差的SINS/CNS组合导航方法。

背景技术

高精度的SINS/CNS组合导航系统，在短时、远程的高空飞行器、弹道导弹等设备上的要求越来越高。

由于设备空间限制，通常采用基于恒星敏感器的天文导航系统，通过星光折射间接敏感地平的方式，辅助校正陀螺仪和加速度计误差，以达到提高系统定位精度的目的。以弹道导弹为例，当其运行至关机点后，载体不受发动机推力等，由于飞行至大气层外，也不受大气等一系列阻力影响，因而与地球构成二体运动。因而，在此条件下，可借助导航系统输出的姿态信息、星光折射的视高度信息以及运动学约束等，进行组合导航系统量测更新。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种校正加速度计误差的SINS/CNS组合导航方法，利用姿态、位置以及运动学约束作为组合导航的量测信息，对SINS误差进行校正，可显著提高SINS/CNS组合导航系统的导航精度，为达此目的，本发明提供一种校正加速度计误差的SINS/CNS组合导航方法，包括以下步骤：

步骤一：惯性导航信息与天文导航信息的获取与计算；

1)惯性导航系统由初始粗对准获取初始位置信息，并通过惯性解算获取实时的载体姿态、速度和位置信息；

2)天文导航系统通过星敏感器观测导航星和折射星，进行星图识别与匹配，完成导航星捕获，输出载体姿态信息；

3)天文导航系统通过对拍摄星图进行折射星捕获，获取折射前的折射星星光单位矢量，进一步求得折射视高度；

以发射点惯性坐标系i系作为导航解算的坐标系，原点位于载体中心O，x轴指向目标点方向，y轴垂直向上，z轴构成右手坐标系；

令所捕获的折射星在折射前与折射后的星光单位矢量分别为S_ei和S_ei'，根据几何原理计算星光折射角γ：

γ＝arccos(S_ei·S_ei') (1)

另外根据星光的折射几何关系有：

其中有：

R_e为地球半径，h_a为折射视高度，r_c为载体在地心惯性系的位置矢量，η_c＝[s_cx s_cys_cz]^T为折射前观测星光在地心惯性系中的方向矢量，为视高度误差小量；

另外，结合大气折射模型，当载体位于高于地面20km-50km时，视高度由经验公式可计算为：

h_a＝57.08107-6.44133lnγ+K(λ)ρ(h)(57.08107-6.44133lnγ+R_e) (4)