[发明专利]基于重力场模型的垂线偏差补偿方法

摘要

本发明针对现有惯性导航系统精度受到垂线偏差影响而降低的问题，公开了一种基于重力场模型的垂线偏差补偿方法，属于惯性导航技术领域。本发明通过所述标定、计算正常重力矢量、由重力场模型计算垂线偏差、根据垂线偏差计算补偿后的重力矢量、初始对准和导航解算等步骤，补偿了垂线偏差对惯性导航系统的影响，提高了惯性导航定位精度，本发明步骤简单、易于实现，可在不增加额外的硬件成本的条件下减弱垂线偏差对惯性导航影响，提升惯性导航系统精度。

主权项

1.基于重力场模型的垂线偏差补偿方法，其特征在于包含以下步骤：/n步骤S1：惯性导航系统工作前，通过高精度三轴转台对惯性导航系统进行标定，精确地估计出加速度计零偏，并在加速度计输出数据中扣除零偏；/n步骤S2：定义导航系n和n′，其中n表示以参考椭球法线为垂向建立的导航坐标系，n′表示以真实重力为垂向建立的导航坐标系；使惯性导航系统处于静止状态，根据惯性导航系统的初始纬度L₀、初始经度λ₀和初始高度h₀，使用正常重力模型计算初始位置处的标量正常重力值，以此构建未经垂线偏差补偿的正常重力矢量向量上标n表示该向量投影在导航系n；/n步骤S3：根据惯性导航系统的初始纬度L₀、初始经度λ₀和初始高度h₀，使用EGM2008重力场球谐函数模型计算垂线偏差的北向分量ξ和东向分量η；/n步骤S4：将步骤S2所述未经垂线偏差补偿的正常重力矢量绕旋转轴转动角度后，得到垂线偏差补偿后的重力矢量通过以下步骤实现：/n步骤S41:根据步骤S3所述ξ和η，计算旋转轴其中/n /n步骤S42：计算转动角度/n步骤S43：由旋转轴和转动角度构建垂线偏差补偿旋转四元数Q＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T，其中，/n /n步骤S44：由垂线偏差补偿旋转四元数Q＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T，得到垂线偏差补偿姿态旋转矩阵/n /n步骤S45：由垂线偏差补偿姿态旋转矩阵得到经过垂线偏差补偿后的重力矢量/n /n步骤S5：将步骤S4所述经过垂线偏差补偿后的重力矢量用于解析粗对准，得到姿态矩阵的粗略估计值b表示载体坐标系；/n步骤S6：建立五状态卡尔曼滤波器进行精对准，滤波器状态包括姿态误差和水平速度误差，并将步骤S4所述经过垂线偏差补偿后的重力矢量用于精对准中的惯性导航解算，得到姿态矩阵的精确估计值惯性导航初始对准完成；/n步骤S7：惯性导航系统进入动态导航阶段，使用步骤S6所述的进行惯性导航姿态更新，同时使用步骤S4所述的经过垂线偏差补偿后的重力矢量用于惯性导航速度更新。/n