[发明专利]适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统

说明书

本发明公开了一种适用于INS‑GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统，该方法包括步骤：确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；获取第二时刻卫星导航伪距信息；根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。本发明通过快速估计惯导与卫星导航融合时刻的伪距估计值，可有效抑制时间延迟影响，可提高导航精度。

技术领域

本发明涉及组合导航领域，尤其涉及一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)通过惯性元件可全天时、全天候获取导航数据，从而提供载体的位置、速度和姿态信息，是一种自主导航系统。然而，INS的导航参数由积分得出，其误差会随时间积累，不能保证长航时任务的导航精度。全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是一种高精度的卫星导航系统，可在全球范围内进行导航，其误差不随时间积累，但导航精度易受气候变化以及建筑物遮挡的影响。INS-GPS的组合导航优势互补，克服两者缺点，提升长航时导航能力与导航精度，在智能手机、无人机或者航空航天领域中的导航、制导与控制方面都有广泛运用。

在组合导航系统中，需保证在融合中心处理的数据信息是同一时刻的才能计算出载体的正确状态。GPS信号往往存在时间延迟，如不进行适当处理会对组合导航精度产生很大影响。特别是当载体做圆周运动时，时间延迟对惯导方位角和加速度零偏的估计有很大影响；当载体处于高动态条件下时，时间延迟的误差将被放大，可能会导致滤波器发散，导致导航精度下降。目前已有的INS-GPS融合量测信息同步方法，常基于INS短时间增量信息将GPS位置和速度外推至同步时间点，难以直接推广至INS-GPS伪距匹配模式。

发明内容

本发明提供了一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法及系统，用以解决GPS信号延时影响组合导航精度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种适用于INS-GPS伪距融合的量测信息同步外推方法，包括以下步骤：

确定惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，并转换至第一坐标系；

获取第二时刻卫星导航伪距信息；

根据第一坐标系下的惯性导航速度方程求解载体于第一时刻和第三时刻之间的平均速度；

计算载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差；

计算经同步外推至第三时刻的伪距估计值。

优选地，第一坐标系为地球坐标系。

优选地，将惯性导航于第一时刻计算的经度、纬度和高度位置坐标，转换至地球坐标系，其于地球坐标系的分量为：

其中，为惯导于第一时刻t₁计算得到载体的经纬高位置，R_N1为第一时刻载体所在位置的曲率半径，e为地球扁率。

优选地，惯性导航速度方程为：

其中，为载体于地球坐标系下的速度，为载体本体坐标系至地球坐标系的转换矩阵，f^b为载体本体坐标系下的比力，为地球坐标系下的地球自转角速度，g^e为地球坐标系下的重力加速度。

优选地，载体于第一时刻和第三时刻在第一坐标系下的位置偏差，通过以下公式计算得到：