[发明专利]天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统及其导航方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器组合导航技术领域，特别涉及种天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统及其导航方法。

背景技术

目前美国的GPS是使用最为广泛的卫星导航系统，卫星导航系统在国家的国防及经济上起着及其重要的作用。GPS系统的主导权在美国手里，这对我国的国防安全造成了一定的威胁，因此国内北斗导航系统的发展是必然趋势。由于我国北斗导航系统仍处于发展阶段，可见星少，且卫星信号容易受地形、建筑物等影响，也易受到电磁干扰而失去作用，因此惯性/BD紧组合导航算法的研究有着积极意义。我国近年空天技术发展迅速，空天飞行器具有跨空天、大机动、高超声速、长航时的飞行特性，惯性/北斗两组合导航系统无法满足其对高精度、高可靠性导航系统的需求。天文定姿、定位具有精度高且不受电磁干扰的优点，因此天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统是实现远程长航时、高机动、高超声速飞行器圆满完成任务的保证。

考虑到北斗卫星导航系统的可见星数目及卫星信息质量随着时间动态变化，因此,需要分析在天文辅助的惯性/北斗导航系统中北斗导航系统量测信息的可信赖性问题。在惯性、天文、北斗组合导航系统中的信息融合过程中主要是采取的卡尔曼滤波方法，系统参数的设置对整个系统有着极大的影响，参数设置不准确不仅影响系统的精确性，还易导致整个系统发散直至崩溃。鉴于北斗导航系统量测信息质量动态变化的情况，天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统的自适应滤波方法有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统及其导航方法，其可解决高机动、高超声速、长航时飞行器对导航系统高精度、高可靠性的需求，可以高效实时实现惯性/天文/北斗组合导航系统的子系统解算及信息融合处理，获取高精度、高可靠性的导航结果，同时为天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统的工程化实现和应用提供了有效的支撑，具有突出的实用价值。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统，包括导航计算机模块、惯性元件、北斗接收机、星敏感器和上位机显示模块，惯性元件、北斗接收机和星敏感器将数据送入导航计算机模块，导航计算机模块进行处理后将导航解算结果送入上位机显示模块实时显示。

上述导航计算机模块包括惯导解算模块、量测转换模块和卡尔曼滤波模块，惯导解算模块和量测转换模块的输出端均连接卡尔曼滤波模块的输入端。

上述卡尔曼滤波模块包括SINS/CNS滤波器和SINS/BD自适应滤波器，SINS/CNS滤波器的输入端分别连接惯导解算模块和量测转换模块的输出端，SINS/BD自适应滤波器的输入端分别连接惯导解算模块和量测转换模块的输出端。

上述导航计算机模块采用PC机、工作站、基于WINDOWS系统或LINUX系统的嵌入式平台。

一种天文辅助的惯性/北斗紧组合导航方法，包括如下步骤：

步骤1，对于天文辅助的惯性/北斗紧组合导航系统，速度计算公式为：

式中，为载体相当于地理系的加速度在载体上的投影，为载体相当于地理系的速度在载体上的投影，为机体系到导航坐标系的姿态转移矩阵，为载体相当于地理坐标系的速度在导航坐标系上的投影，其中的地理坐标系即为导航坐标系；

位置计算公式为：

用四元数描述载体的姿态运动，计算公式为：

用矩阵表示为

式中，q为姿态四元数，为q对时间的导数，矢量为四元数形式，表示载体坐标系相对导航坐标系在载体坐标系上的投影；

步骤2，在上述基础上，建立天文辅助的SINS/BD紧组合导航系统状态方程为：

其中，状态变量为：