[发明专利]一种弹道环境下的多矢量空中对准方法

说明书

一种弹道环境下的多矢量空中对准方法，属于惯性导航技术领域，本发明提供的方法适用于在弹道环境下求解载体的初始姿态，从而为后续的惯性导航与组合导航过程提供解算初值。该方法在现有的多矢量空中对准算法基础上，加入基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的弹道运动估计算法，获取质点弹道动力学模型约束下的载体速度信息和位置信息，提升β(t)矢量的构建精度，从而提升多矢量空中对准的精度。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，具体地，具体为一种弹道环境下的多矢量空中对准方法，本发明提供的方法适用于在弹道环境下求解载体的初始姿态，从而为后续的惯性导航与组合导航过程提供解算初值。

背景技术

惯性导航作为一种无需任何外界联系便可以独立完成导航任务的系统，首先需要给出初始姿态，即进行初始对准。制导炮弹由于其运行环境的特殊性(发射时的高过载、发射后高速飞行，空中飞行时间短)，因此需要结合GNSS来辅助完成空中对准。空中对准用在一般的飞行载体上时，可以通过机动来提高空中对准的精度。对于制导炮弹而言，其飞行轨迹为弹道(类抛物线运动)，机动能力较差。因此有必要从弹道本身的特点出发提升空中对准算法的精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种弹道环境下的多矢量空中对准方法。该方法在现有的多矢量空中对准算法基础上，加入基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的弹道运动估计算法，获取质点弹道动力学模型约束下的载体速度信息vel，位置信息pos，提升β(t)矢量的构建精度，从而提升多矢量空中对准的精度。

一种弹道环境下的多矢量空中对准方法，包括以下步骤：

S1、坐标系的明确：导航坐标系为东北天地理坐标系OX_nY_nZ_n，载体坐标系采用以载体质心为原点的右前上坐标系OX_bY_bZ_b，其中Y轴为载体自转轴，初始时刻载体惯性系OX_b0Y_b0Z_b0与开始瞬时的载体坐标系重合，随后相对于惯性空间无转动,初始时刻导航坐标系OX_n0Y_n0Z_n0与初始对准开始瞬时的导航坐标系重合，随后相对于惯性空间无转动；

S2、空中对准方法所需数据信息的获取：包含卫星导航系统GNSS信息的获取与惯性导航系统INS数据的获取；

S2.1、GNSS信息的获取：包括载体的速度vel与位置pos，并设T_GPS为GNSS信息输出的采样时间；

S2.2、INS数据的获取：包括陀螺数据与加速度计数据f^b，并设T_INS为INS数据输出的采样时间；

S3、当载体在空中上电，卫星接收机接收到第一次的速度信息vel0,第一次的位置信息pos0，以此来初始化空中对准算法，同时设定此时刻为对准初始时刻T₀；

S4、根据INS输出数据，通过式构造矢量α(t)；

S4.1、通过式求得

S5、根据GNSS输出数据，建立质点弹道动力学模型，完成基于扩展卡尔曼滤波器EKF的弹道运动估计算法，输出质点弹道动力学模型约束下的载体速度信息vel，位置信息pos，通过式构造矢量β(t)；

S5.1、通过下式建立质点弹道动力学模型：