[发明专利]一种捷联惯导系统航向误差快速修正方法

摘要

本发明提供的是一种利用外部速度信息对系统航向误差进行测量并修正的方法，适用于水下航行的潜器使用。根据外部辅助测量装置(如多普勒计程仪)获取参考外部速度信息，进一步测得t0和t1两个时刻导航解算坐标系下捷联惯导系统的速度误差，利用两个时刻速度误差得到捷联惯导系统的航向误差，再将捷联惯导系统的航向进行修正。该方法比较常规方法适合于水下潜器使用，并且修正时间缩短。

主权项

1.一种利用外部速度信息对系统航向误差进行测量并修正的方法，其特征是根据外部辅助测量装置获取参考外部速度信息，进一步测得t0和t1两个时刻导航解算坐标系下捷联惯导系统的速度误差，利用两个时刻速度误差得到捷联惯导系统的航向误差，再将捷联惯导系统的航向进行修正，从而完成系统快速航向修正；所述方法包括如下具体步骤：步骤1、捷联惯导系统在进行预热、初始对准后开始进入导航状态，经过一段时间后，当捷联惯导系统具备大于或等于3分钟内匀速直航条件时，航向误差修正开始，此时刻初始时刻记为t0；步骤2、根据多普勒计程仪获取参考外部速度信息；在t₀时刻获得载体坐标系上的外部速度信息，记为将其投影到导航解算坐标系下，有：其中，上角标b代表载体坐标系；n表示导航解算坐标系，在这里等价为地理坐标系；为t₀时刻多普勒计程仪在导航解算坐标系下的速度信息；是t₀时刻载体坐标系到导航解算坐标系的方向余弦矩阵，可由捷联惯导系统给出；步骤3、将步骤2得到的多普勒计程仪在导航解算坐标系下的速度信息与捷联惯导系统解算出的速度信息作差，可得到t0时刻导航解算坐标系下捷联惯导系统的速度误差：其中，为t₀时刻导航解算坐标系下的捷联惯导系统解算出的速度信息，δvⁿ(t₀)为t₀时刻导航解算坐标系下捷联惯导系统的速度误差，即为初始时刻速度误差；步骤4、载体自t₀时刻需保持匀速直航大于等于3分钟时间，至t₁时刻，在t₁时刻获得载体坐标系上的参考外部速度信息和载体坐标系到导航解算坐标系的方向余弦矩阵得到其中，为t₁时刻多普勒计程仪在导航解算坐标系下的速度信息；步骤5、由t₁时刻捷联惯导系统解算出的速度信息与步骤4得到的作差，得到t₁时刻导航解算坐标系下捷联惯导系统的速度误差δvⁿ(t₁)步骤6、根据步骤3和步骤5得到的速度误差可计算出t1时刻捷联惯导系统的航向误差δK(t1)：其中，分别为δvⁿ(t₁)在导航解算坐标系x轴、y轴和z轴上的投影；分别为δvⁿ(t₀)在导航解算坐标系x轴、y轴和z轴上的投影；G为速度误差航向误差关联矩阵；步骤7、利用步骤6得到航向误差δK(t1)对t1时刻捷联惯导系统输出航向KINS(t1)进行修正，Ktrue(t1)＝KINS(t1)‑δK(t1)完成本次航向修正过程，得到水下潜器t1时刻准确的航向Ktrue(t1)；步骤6中，速度误差航向误差关联矩阵G的定义如下：其中，λ是捷联惯导系统在t₁时刻解算得到的经度信息，L为捷联惯导系统在t₁时刻解算得到的纬度信息；为中间代换矩阵，其中惯性坐标系到导航解算坐标系的方向余弦矩阵，可表示为这里有，Δt＝(t1‑t0)；M为另外一个中间代换矩阵，其中，其中，和分别为在导航解算坐标系x轴、y轴上的投影；ω_x、ω_y、ω_z和ω_abs分别为中间代换变量ω在导航解算坐标系x轴、y轴、z轴三个轴上的投影分量和绝对值；Ω＝7.2921158×10^‑5弧度/秒，R＝6378393米；和为t₁时刻加速度计输出比力矢量在导航解算坐标系x轴、y轴、z轴三个轴上的投影，可以由捷联惯导系统解算得到。