CN104596539A - 一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,有六大步骤:一、将惯导/激光测速仪系统安装载体上并上电启动;二、装订初始参数至导航计算机;三、载体静止,惯导进行5分钟静态初始对准;四、载体运动,惯导计算,采集保存运动50秒内惯导输出速度值、姿态矩阵、激光测速仪输出速度;五、把速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度,将速度与参考速度作差,得到激光测速仪输出速度的噪声值;六、设定仿真轨迹,得到载体的姿态矩阵和速度分量,再由速度分量和激光测速仪安装角计算、惯导安装角计算得激光测速仪速度标准值;将该速度标准值、标度误差值与步骤5中噪声值进行数据融合,得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
Description
技术领域:
本发明涉及一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,属于惯性导航技术领域。
背景技术:
激光测速仪根据多普勒频移可以实时测量运动载体相对地面移动的速度,且其测量误差不随时间积累,与惯导系统组合能优势互补,能实现全自主、高精度导航定位。
在进行惯导/激光测速仪组合导航仿真研究时,一般设定仿真轨迹(包含载体的运动速度、位置、姿态),由设定仿真轨迹中载体的运动速度计算得到激光测速仪的速度标准值,并给定激光测速仪的标度误差值以及噪声,得到用于组合导航仿真的激光测速仪数据,然后进行组合导航的仿真与分析。载体在实际运动中环境比较复杂,给定的仿真噪声不能全面反映激光测速仪的噪声特性,导致仿真结果不能较全面地反映实际情况。为了更好地进行惯导/激光测速仪组合导航研究,本文提出了一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法。
发明内容:
1、发明目的:本发明的目的是提供了一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,它能够更好地模拟激光测速仪输出的数据。
2、技术方案:
本发明一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,该方法具体步骤如下:
步骤1、将惯导/激光测速仪组合系统安装到载体上,并上电启动。
步骤2、装订初始参数(包括初始的经度、纬度、高度、激光测速仪标度值、激光测速仪安装角、惯导安装角)至导航计算机。
步骤3、载体保持静止,惯导进行5分钟静态初始对准。
步骤4、完成对准后载体开始运动,运动过程中惯导进行惯性导航计算,采集并保存开始运动后50秒内惯导输出的速度值、惯导输出的姿态矩阵、激光测速仪输出的速度。
步骤5、惯导输出的速度为东北天坐标系下的速度,由惯导输出姿态矩阵将东北天坐标系下的速度转换到惯组坐标系下,再根据惯导与载体、激光测速仪与载体之间的位置关系,把惯 组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度。将激光测速仪的速度与参考速度作差,得到激光测速仪输出速度的噪声值。
步骤6、设定仿真轨迹(包含载体的运动速度、位置、姿态),由设定仿真轨迹中载体的姿态得到仿真载体的姿态矩阵,根据得到的姿态矩阵和仿真轨迹中载体的运动速度得到载体在载体系下的速度分量,再由载体的速度分量和给定的激光测速仪的安装角计算、惯导安装角计算得到激光测速仪的速度标准值。将激光测速仪的速度标准值、激光测速仪的标度误差值与步骤5中得到的激光测速仪输出速度的噪声值进行数据融合,得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
其中,步骤5中所述的“得到激光测速仪输出速度的噪声值”,其具体实现过程说明如下:
载体开始运动,采集得到了50秒内激光测速仪的速度输出惯导输出东北天坐标系下速度 惯导输出的姿态矩阵导航计算机装订的激光测速仪的安装角为θ,惯导的安装角为α、β、γ;惯导在惯组坐标系下的速度输出分别为Vx(1)、Vx(2)…Vx(n),Vy(1)、Vy(2)…Vy(n),Vz(1)、Vz(2)…Vz(n)。惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考速度为惯导在东北天坐标系下输出的速度转到惯组坐标系下,计算公式如下:
惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考速度为Vm(i),计算公式如下:
Vm(i)=[Vx(i)cosα+Vy(i)cosβ+Vz(i)cosγ]cosθ (i=1...n)
激光测速仪输出的速度噪声值为wL(i),计算公式如下:
其中,步骤6中所述的“得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度”,其具体实现过程说明如下:
设定仿真轨迹(包含载体的运动速度、位置、姿态),定义仿真轨迹中导航坐标系下载体 运动速度向量为Vn,在导航坐标系下三个方向的分量分别为由仿真轨迹中载体的姿态得到的载体姿态矩阵仿真轨迹中载体的运动速度在载体系下x、y、z三个轴的分量分别为仿真轨迹中载体在导航系下三个方向的速度转换到载体系下x、y、z三个轴的速度计算如下:
给定激光测速仪的安装角θf,惯导的安装角αf、βf、γf;计算得到激光测速仪的速度标准值计算公式如下:
由计算得到激光测速仪的速度标准值给定的激光测速仪的标度误差值δKL,激光测速仪的速度噪声wL(i),得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪的速度计算公式如下:
3、优点及功效:该方法的优点是用激光测速仪的实际噪声替代仿真噪声,为研究惯导/激光测速仪组合导航提供了更好的支持。
附图说明
图1为激光测速仪数据建模方法框图;
图2为本发明激光测速仪数据建模方法的流程图;
图中符号说明如下:
惯导输出的东、北、天方向的速度
Vx、Vy、Vz:惯导在惯组坐标系下x、y、z三个方向的速度分量
激光测速仪输出的速度
激光测速仪测速方向上的参考速度
wL:激光测速仪的噪声
计算得到的激光测速仪的速度标准值
δKL:给定的激光测速仪的标度误差
用于组合导航半实物仿真的激光测速仪的速度值
P:仿真轨迹中设定的载体位置
V:仿真轨迹中设定的载体速度
A:仿真轨迹中设定的载体姿态
具体实施方式
见图1、图2,本发明一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,该方法具体步骤如下:
步骤1、将惯导/激光测速仪组合系统安装到载体上,并上电启动。
步骤2、装订初始参数(包括初始的经度、纬度、高度、激光测速仪标度值、激光测速仪安装角、惯导安装角)至导航计算机。
步骤3、载体保持静止,惯导进行5分钟静态初始对准。
步骤4、完成对准后载体开始运动,运动过程中惯导进行惯性导航计算,采集并保存开始运动后50秒内惯导输出的速度值、惯导输出的姿态矩阵、激光测速仪输出的速度。
步骤5、惯导输出的速度为东北天坐标系下的速度,由惯导输出姿态矩阵将东北天坐标系下的速度转换到惯组坐标系下,再根据惯导与载体、激光测速仪与载体之间的位置关系,把惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度。将激光测速仪的速度与参考速度作差,得到激光测速仪输出速度的噪声值。
步骤6、设定仿真轨迹(包含载体的运动速度、位置、姿态),由设定仿真轨迹中载体的姿态得到仿真载体的姿态矩阵,根据得到的姿态矩阵和仿真轨迹中载体的运动速度得到载体在载体系下的速度分量,再由载体的速度分量和给定的激光测速仪的安装角、惯导安装角计算得到激光测速仪的速度标准值。将激光测速仪的速度标准值、激光测速仪的标度误差值与步骤5中得到的激光测速仪输出速度的噪声值进行数据融合,得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
其中,步骤5中所述的“得到激光测速仪输出速度的噪声值”,其具体实现过程说明如下:
载体开始运动,采集得到了50秒内激光测速仪的速度输出惯导输出东北天坐标系下速度 惯导输出的姿态矩阵导航计算机装订的激光测速仪的安装角为θ,惯导的安装角为α、β、γ;惯导在惯组坐标系下的速度输出分别为Vx(1)、Vx(2)…Vx(n),Vy(1)、Vy(2)…Vy(n),Vz(1)、Vz(2)…Vz(n)。惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方 向上的参考速度为惯导在东北天坐标系下输出的速度转到惯组坐标系下,计算公式如下:
惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考速度为Vm(i),计算公式如下:
Vm(i)=[Vx(i)cosα+Vy(i)cosβ+Vz(i)cosγ]cosθ (i=1...n)
激光测速仪输出的速度噪声值为wL(i),计算公式如下:
其中,步骤6中所述的“得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度”,其具体实现过程说明如下:
设定仿真轨迹(包含载体的运动速度、位置、姿态),定义仿真轨迹中导航坐标系下载体运动速度向量为Vn,在导航坐标系下三个方向的分量分别为由仿真轨迹中载体的姿态得到的载体姿态矩阵仿真轨迹中载体的运动速度在载体系下x、y、z三个轴的分量分别为仿真轨迹中载体在导航系下三个方向的速度转换到载体系下x、y、z三个轴的速度计算如下:
给定激光测速仪的安装角θf,惯导的安装角αf、βf、γf;计算得到激光测速仪的速度标准值计算公式如下:
由计算得到激光测速仪的速度标准值给定的激光测速仪的标度误差值δKL,激光测速仪的速度噪声wL(i),得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪的速度计算公式如下:
Claims (3)
1.一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,其特征在于:该方法具体步骤如下:
步骤1、将惯导/激光测速仪组合系统安装到载体上,并上电启动;
步骤2、装订初始参数,包括初始的经度、纬度、高度、激光测速仪标度值、激光测速仪安装角、惯导安装角至导航计算机;
步骤3、载体保持静止,惯导进行5分钟静态初始对准;
步骤4、完成对准后载体开始运动,运动过程中惯导进行惯性导航计算,采集并保存开始运动后50秒内惯导输出的速度值、惯导输出的姿态矩阵、激光测速仪输出的速度;
步骤5、惯导输出的速度为东北天坐标系下的速度,由惯导输出姿态矩阵将东北天坐标系下的速度转换到惯组坐标系下,再根据惯导与载体、激光测速仪与载体之间的位置关系,把惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度,将激光测速仪的速度与参考速度作差,得到激光测速仪输出速度的噪声值;
步骤6、设定仿真轨迹,包含载体的运动速度、位置、姿态,由设定仿真轨迹中载体的姿态得到仿真载体的姿态矩阵,根据得到的姿态矩阵和仿真轨迹中载体的运动速度得到载体在载体系下的速度分量,再由载体的速度分量和给定的激光测速仪的安装角计算、惯导安装角计算得到激光测速仪的速度标准值;将激光测速仪的速度标准值、激光测速仪的标度误差值与步骤5中得到的激光测速仪输出速度的噪声值进行数据融合,得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
2.根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,其特征在于:步骤5中所述的“得到激光测速仪输出速度的噪声值”,其具体实现过程说明如下:
载体开始运动,采集得到了50秒内激光测速仪的速度输出惯导输出东北天坐标系下速度惯导输出的姿态矩阵导航计算机装订的激光测速仪的安装角为θ,惯导的安装角为α、β、γ;惯导在惯组坐标系下的速度输出分别为Vx(1)、Vx(2)…Vx(n),Vy(1)、Vy(2)…Vy(n),Vz(1)、Vz(2)…Vz(n);惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方 向上的参考速度为惯导在东北天坐标系下输出的速度转到惯组坐标系下,计算公式如下:
惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考速度为Vm(i),计算公式如下:
Vm(i)=[Vx(i)cosα+Vy(i)cosβ+Vz(i)cosγ]cosθ (i=1...n);
激光测速仪输出的速度噪声值为wL(i),计算公式如下:
3.根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法,其特征在于:步骤6中所述的“得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度”,其具体实现过程说明如下:
设定仿真轨迹,包含载体的运动速度、位置、姿态,定义仿真轨迹中导航坐标系下载体运动速度向量为Vn,在导航坐标系下三个方向的分量分别为由仿真轨迹中载体的姿态得到的载体姿态矩阵仿真轨迹中载体的运动速度在载体系下x、y、z三个轴的分量分别为仿真轨迹中载体在导航系下三个方向的速度转换到载体系下x、y、z三个轴的速度计算如下:
给定激光测速仪的安装角θf,惯导的安装角αf、βf、γf;计算得到激光测速仪的速度标准值计算公式如下:
由计算得到激光测速仪的速度标准值给定的激光测速仪的标度误差值δKL,激光测速仪的速度噪声wL(i),得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪的速度计算公式如下:
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