CN103322965A - 一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性导航系统极区导航技术领域，具体涉及一种惯性导航系统在极区模式下通过以椭球模型描述地球，利用输出的横经纬度信息测量横卯酉面曲率半径的方法。本发明包括：船舶在极区航行时，通过惯性导航系统工作输出横地理纬度、横经度测量横地心纬度；由横地心纬度和横经度得到船舶所在位置与地心的距离的测量值；由横经度、横地心纬度和船舶所在位置与地心的距离，测量船舶所在横纬线圈的曲率半径；利用横地理纬度和船舶所在横纬线圈的曲率半径，测量横卯酉圈曲率半径。本发明填补了横坐标系下地球的横卯酉面曲率半径测量方法的空白。从原理上减小了地球模型不准确造成的测量误差，提高了导航精度，测量方法简单方便，便于实际应用。

Description

一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法

技术领域

本发明属于惯性导航系统极区导航技术领域，具体涉及一种惯性导航系统在极区模式下通过以椭球模型描述地球，利用输出的横经纬度信息测量横卯酉面曲率半径的方法。

背景技术

极区已日益成为大国利益竞争区：首先，极区蕴藏着丰富的油气资源，据美国地质调查局资料显示，全球待发现油气资源的25%分布在极区，船舶在极区的巡航将增加我国在极区资源开发中的话语权；其次，从战略地缘分布上来说，北极临近美国、英国、俄罗斯等国，如果在北极进行武力部署，相当于对这些国家进行有效的威慑；另外，随着北极冰层覆盖面的缩小，北极航线有望开通，开通后的航线将对我国海外能源与货运贸易产生深远影响，这就需要船舶进行极区巡航保障航线的畅通和安全。

惯性导航系统对于保障船舶在极区的航行与作业至关重要。然而目前我国船用的固定指北方位惯性导航系统，其机械编排无法在极区使用。为克服惯性导航系统上述机械编排无法在极区进行导航解算这一缺点，导航领域的研究人员设计出自由方位和游动方位机械编排。自由方位系统和游动方位系统在平台的方位指令上采取了措施，解决了极区航行时平台方位角施矩速率信号过大的问题。它们可解决惯性导航系统极区工作的部分问题，但由于极区经线圈的快速汇聚会导致系统位置矩阵的误差，进一步使得系统导航精度随纬度的升高而下降。同时，在地理极点附近，由于真北方向失去定义导致自由方位角和游动方位角失去定义，航向无法给出，即采用这两种机械编排惯性导航系统在地理极点附近无法导航。

解决这个问题可以采用横坐标系导航参考框架。船舶航行至极区时，转入极区导航模式，即采用横坐标系导航参考框架。横坐标系参考框架是指惯性导航系统以横地理坐标系为导航坐标系，将极区的经纬度重新人为规定为横向经纬度坐标系。然而目前缺少横坐标系参考框架下的导航机械编排和相关参量测量方法的研究。本发明提出了一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径的测量方法，以椭球模型模拟地球，在极区模式下，利用惯性导航系统输出的位置参数测量横卯酉面曲率半径，可以满足高精度惯性导航系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种满足更高精度惯性导航系统极区导航需求的惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）船舶在极区航行时，通过惯性导航系统工作输出横地理纬度

横经度

测量横地心纬度

（2）由横地心纬度和横经度

得到船舶所在位置P与地心O的距离||OP||的测量值：

其中R_p=6356.752km是地球极轴半径，e=0.081819是椭球偏心率，是横经度，

是横地心纬度；

（3）由横经度

横地心纬度和步骤（2）中得到的距离||OP||，测量船舶所在横纬线圈的曲率半径r：

（4）利用横地理纬度和船舶所在横纬线圈的曲率半径，测量横卯酉圈曲率半径

${\stackrel{\‾}{R}}_N=\frac{r}{\cos \stackrel{\‾}{L}}.$

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法，填补了横坐标系下地球的横卯酉面曲率半径测量方法的空白，解决了横坐标系参考框架下惯性导航系统机械编排的计算问题，从而解决了惯性导航系统极区导航问题。

2、本发明提供的横卯酉面曲率半径测量方法，是基于地球椭球模型下，利用惯性导航系统极区模式输出的位置即可测量得到横卯酉面曲率半径，从原理上减小了地球模型不准确造成的测量误差，提高了导航精度，同时，测量方法简单方便，便于实际应用。

附图说明

图1为本发明一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法流程图；

图2为横卯酉圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

为了解决船舶进入极区航行时，惯性导航系统工作在极区模式时需要用到实时的横卯酉面曲率半径测量值的问题，本发明提出了一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法。该方法是在通过以椭球模型描述地球，利用惯性导航系统当前输出的横经纬度信息即可测量出横卯酉面曲率半径，测量方法可以满足高精度惯性导航系统极区导航的需求。

该方法实现的具体步骤如下：

1、船舶航行至极区，惯性导航系统进入极区模式；

2、采集惯导系统极区模式输出的位置数据，得到横地理纬度

横经度

3、利用已采集的位置信息，测量船舶所在位置的横地心纬度

其中

的测量方法为

其中

是横经度，

是横地理纬度，e=0.081819是椭球偏心率。

4、利用步骤3所得的横地心纬度和步骤2中得横经度

测量船舶位置P与地心O距离||OP||。

其中||OP||的测量方法为

其中R_p=6356.752km是地球极轴半径，e=0.081819是椭球偏心率，

是横经度，

是横地心纬度。

5、利用横经度

步骤4所得的横地心纬度

和步骤5所得的距离||OP||测量船舶所在横纬线圈的曲率半径r。

其中r的测量方法为

其中||OP||是船舶所在位置与地心的距离，

是横经度，

是横地心纬度。

6、利用横地理纬度

和载体所在纬线圈的曲率半径r测量横卯酉圈曲率半径

其中

的测量方法为

${\stackrel{\‾}{R}}_N=\frac{r}{\cos \stackrel{\‾}{L}}$

其中r是船舶所在横纬线圈的曲率半径；

是惯性导航系统输出的横地理纬度。

Claims (1)

1.一种惯性导航系统横卯酉面曲率半径测量方法，其特征在于：

（1）船舶在极区航行时，通过惯性导航系统工作输出横地理纬度

横经度

测量横地心纬度

；

（2）由横地心纬度

和横经度

得到船舶所在位置P与地心O的距离||OP||的测量值：

其中R_p=6356.752km是地球极轴半径，e=0.081819是椭球偏心率，

是横经度，

是横地心纬度；

（3）由横经度

横地心纬度

和步骤（2）中得到的距离||OP||，测量船舶所在横纬线圈的曲率半径r：

（4）利用横地理纬度和船舶所在横纬线圈的曲率半径，测量横卯酉圈曲率半径

${\stackrel{\‾}{R}}_N=\frac{r}{\cos \stackrel{\‾}{L}}.$

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