CN115164935A - 一种惯性导航标定设备的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性导航标定技术领域，公开了一种惯性导航标定设备的控制装置及其控制方法，所述惯性导航标定设备的控制装置包括：加速度测量模块、主控模块、速度计算模块、位置定位模块、校正模块、标定提醒模块、航线规划模块、显示模块。本发明通过校正模块基于等效陀螺漂移的估计值对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。本申请针对引起惯性导航标定设备经度累积性误差分量的误差源进行估计，实现了对惯性导航标定设备经度累积性误差的补偿；同时，通过标定提醒模块采用的标定提示由惯性导航标定设备内部计算处理，不需要维护人员人工比对，由计算机自动判断，缩短了维护周期，降低了对维护人员专业技术水平的要求。

Description

一种惯性导航标定设备的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于惯性导航标定技术领域，尤其涉及一种惯性导航标定设备的控制装置及其控制方法。

背景技术

惯性导航(inertial navigation)通过测量飞行器的加速度，并自动进行积分运算，获得飞行器瞬时速度和瞬时位置数据的技术。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性测量单元；然而，现有惯性导航标定设备的控制装置采用的校正方法校正效果不理想，无法对引起惯性导航标定设备位置累积误差的等效陀螺漂移进行准确估计和补偿，难以确保校正的准确率；同时，惯性导航标定设备的导航精度检查方法主要是由专业技术人员通过专用外部检测装置来检查惯性导航标定设备的导航精度，判断是否大于等于规定值；由于使用专用外部检测装置，使用和维护成本较高，并且对于维护人员的专业技术水平要求较高，维护人员必须经过专业培训才具备操作专用设备的资质。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有惯性导航标定设备的控制装置采用的校正方法校正效果不理想，无法对引起惯性导航标定设备位置累积误差的等效陀螺漂移进行准确估计和补偿，难以确保校正的准确率。

(2)惯性导航标定设备的导航精度检查方法主要是由专业技术人员通过专用外部检测装置来检查惯性导航标定设备的导航精度，判断是否大于等于规定值；由于使用专用外部检测装置，使用和维护成本较高，并且对于维护人员的专业技术水平要求较高，维护人员必须经过专业培训才具备操作专用设备的资质。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种惯性导航标定设备的控制装置及其控制方法。

本发明是这样实现的，一种惯性导航标定设备的控制装置包括：

加速度测量模块、主控模块、速度计算模块、位置定位模块、校正模块、标定提醒模块、航线规划模块、显示模块；

加速度测量模块，与主控模块连接，用于通过加速度计测量运载体本身的加速度，首先将加速度计装载在运载体上，当运载体的速度发生变化时，相应会带动加速度计的速度发生变化，加速度计会受到随着速度变化而变化的力，加速度计会根据受力程度的均匀变化而计算出运载体本身的加速度数据，加速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

主控模块，与加速度测量模块、速度计算模块、位置定位模块、校正模块、标定提醒模块、航线规划模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对各模块传输的数据以及请求进行采集，通过分析处理后输出给输出通道；当各模块需要模拟量输出时，主控模块的指令经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；

速度计算模块，与主控模块连接，用于通过计算程序根据加速度计算运载体速度，由定时器以及计算程序组成，定时器由键盘扫描、动态LED显示电路构成，以实现对运载体运动时间的计算，计算程序获取实时运动时间，根据程序内部速度计算算法对当前运载体的速度进行实时计算与展示，得到的速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

位置定位模块，与主控模块连接，用于对运载体位置进行定位，使用GPS定位算法对运载体进行定位，定位接收机接收GPS卫星广播，对可见GPS卫星广播电磁进行解析，得到位置信息、距离信息，使用载波相位算法得到运载体位置的经纬度信息；

校正模块，与主控模块连接，用于对惯性导航标定设备进行校正，首先构建深度学习标定设备校正程序，使用当前公开数据集对校正程序进行训练并测试，得到误差小于0.001的校正程序，程序获取实时惯性导航标定设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到当前校正轨迹；

标定提醒模块，与主控模块连接，用对惯性导航标定设备进行标定提醒，包括标定监测CPU与提醒器，标定监测CPU实时监测设备的状态，当需要进行标定时，会刺激标定监测CPU产生电信号，若电信号经由CPU分析为需要标定，则CPU立即调用提醒器发出提醒；

航线规划模块，与主控模块连接，用于对运载体航线进行规划，首先构建深度学习航线规划程序，使用当前公开轨迹规划数据集对航线规划程序进行训练并测试，程序获取实时运载体设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到航线规划轨迹；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果，主控模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将数字信号通过DVI接口传入显示屏，以供显示。

一种惯性导航标定设备的控制方法包括以下步骤：

步骤一，通过加速度测量模块利用加速度计测量运载体本身的加速度；

步骤二，主控模块通过速度计算模块利用计算程序根据加速度计算运载体速度；

步骤三，通过位置定位模块对运载体位置进行定位；通过校正模块对惯性导航标定设备进行校正；

步骤四，通过标定提醒模块对惯性导航标定设备进行标定提醒；通过航线规划模块对运载体航线进行规划；

步骤五，通过显示模块利用显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果。

进一步，所述校正模块校正方法如下：

(1)配置惯性导航标定设备工作参数；抑制舒拉周期振荡误差分量；在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量；

(2)获得两个不同时刻间的经度累积误差；获得等效陀螺漂移的估计值；基于所述两个不同时刻间的经度累积误差获得所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值；

(3)对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；基于所述等效陀螺漂移的估计值对所述惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。

进一步，所述获得两个不同时刻间的经度累积误差；采用如下方式实现：

在第一时刻，获得第一次外界准确经度信息，基于所述第一次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第一时刻输出的经度信息，得到第一次惯导经度误差；

在第二时刻，获得第二次外界准确经度信息，基于所述第二次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第二时刻输出的经度信息，得到第二次惯导经度误差；

基于所述第一次惯导经度误差和所述第二次惯导经度误差获得从所述第一时刻到所述第二时刻的经度累积误差，其中所述第二时刻和所述第一时刻的差值为24小时的整数倍。

进一步，所述获得等效陀螺漂移的估计值；采用如下方式实现：

将所述两个不同时刻间的经度累积误差输入预先构建的等效陀螺漂移估计模型，得到所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值。

进一步，所述构建等效陀螺漂移估计模型的具体步骤如下：

获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤，基于动基座条件下惯性导航标定设备误差方程组，建立引起动基座惯性导航标定设备经度累积误差的分段等效陀螺漂移估计模型；

获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，基于所述分段等效陀螺漂移估计模型，采用两点校正的方式得到等效陀螺漂移估计模型，其中所述等效陀螺漂移估计模型用于获取两个不同时刻间所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，且所述两个不同时刻的差值为24小时的整数倍；

其中，所述获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

在校正时刻，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态；

基于由误差源引起的经度误差、由等效陀螺漂移引起的经度累积性误差、由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差，建立两个不同时刻分别对应的惯性导航标定设备经度误差方程，其中所述误差源包括初始对准误差、安装误差、加速度计误差；

使选定的两个不同时刻的时间间隔为24小时的整数倍，此时所述两个不同时刻分别对应的由误差源引起的经度误差间的差值趋近于0，所述两个不同时刻分别对应的由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差间的差值趋近于0；

根据所述选定的两个不同时刻的惯性导航标定设备经度误差方程，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的由等效陀螺漂移引起的不同时刻间经度累积性误差表达式；

根据所述不同时刻间经度累积性误差表达式，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的不同时刻间等效陀螺漂移估计模型；

根据载体纬度的变化量，对所述不同时刻间等效陀螺漂移估计模型进行离散化处理，得到等效陀螺漂移估计模型。

进一步，所述获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

选取东北天坐标系为导航坐标系，记为n系，载体坐标系记为b系，旋转坐标系记为r系，惯性坐标系记为i系，在动基座条件下，基于包括姿态角误差方程、速度误差方程、纬度误差方程和经度误差方程的惯性导航标定设备误差方程组，结合水下运载器的航行参数以及惯性导航标定设备的误差特点，对所述惯性导航标定设备误差方程组进行简化处理，得到包括载体东向水平姿态角误差方程、北向水平姿态角误差方程、方位角误差方程、载体东向速度误差方程、载体北向速度误差方程、载体纬度误差方程和载体经度误差方程的简化后惯性导航标定设备误差方程组；

通过将线性时变系统看作分段线性定常系统的方式对所述简化后惯性导航标定设备误差方程组进行求解，得到分段时间间隔内的惯导经度误差表达式；

剔除周期振荡误差的影响，得到等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式；

基于等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式，得到分段等效陀螺漂移估计模型。

进一步，所述对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；采用如下方式实现：

基于所述等效陀螺漂移估计模型构建惯导经度误差补偿模型；

根据载体的纬度变化量、两个时刻的时间间隔以及等效陀螺漂移的估计值，利用所述惯导经度误差补偿模型得到任意时刻补偿后的惯导经度信息。

进一步，所述标定提醒模块提醒方法如下：

1)通过测试设备测试惯性导航标定设备是否正常工作；惯性导航标定设备定时采样卫星定位数据，并与惯性导航标定设备内部惯性通道解算的位置进行比对，计算得出各时刻的径向误差率；

2)导航完成后，根据各时刻径向误差率统计单次导航任务的任务径向误差率，累积超过八次任务径向误差率时，统计累计圆概率误差，并通过数据总线传输至显示系统显示；

3)任务径向误差率或累计圆概率误差大于等于规定值时，通过数据总线传输标定提示至显示系统显示。

进一步，所述通过以下公式计算各时刻的径向误差率，

其中，T为导航时间，Δλ为经度误差，Δφ为纬度误差，φ为纬度真值。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明通过校正模块在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量，之后获得两个不同时刻间的经度累积误差，并基于两个不同时刻间的经度累积误差获得惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，消除了惯性导航标定设备经度误差中地球周期振荡误差分量与常值误差分量，最后基于等效陀螺漂移的估计值对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。本申请针对引起惯性导航标定设备经度累积性误差分量的误差源进行估计，实现了对惯性导航标定设备经度累积性误差的补偿；同时，通过标定提醒模块采用的标定提示由惯性导航标定设备内部计算处理，不需要维护人员人工比对，由计算机自动判断，缩短了维护周期，降低了对维护人员专业技术水平的要求。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明通过校正模块在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量，之后获得两个不同时刻间的经度累积误差，并基于两个不同时刻间的经度累积误差获得惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，消除了惯性导航标定设备经度误差中地球周期振荡误差分量与常值误差分量，最后基于等效陀螺漂移的估计值对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。本申请针对引起惯性导航标定设备经度累积性误差分量的误差源进行估计，实现了对惯性导航标定设备经度累积性误差的补偿；同时，通过标定提醒模块采用的标定提示由惯性导航标定设备内部计算处理，不需要维护人员人工比对，由计算机自动判断，缩短了维护周期，降低了对维护人员专业技术水平的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的惯性导航标定设备的控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的惯性导航标定设备的控制装置结构框图

图3是本发明实施例提供的校正模块校正方法流程图。

图4是本发明实施例提供的标定提醒模块提醒方法流程图。

图2中：1、加速度测量模块；2、主控模块；3、速度计算模块；4、位置定位模块；5、校正模块；6、标定提醒模块；7、航线规划模块；8、显示模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明提供的惯性导航标定设备的控制方法包括以下步骤：

S101，通过加速度测量模块利用加速度计测量运载体本身的加速度；

S102，主控模块通过速度计算模块利用计算程序根据加速度计算运载体速度；

S103，通过位置定位模块对运载体位置进行定位；通过校正模块对惯性导航标定设备进行校正；

S104，通过标定提醒模块对惯性导航标定设备进行标定提醒；通过航线规划模块对运载体航线进行规划；

S105，通过显示模块利用显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果。

如图2所示，本发明实施例提供的惯性导航标定设备的控制装置包括：加速度测量模块1、主控模块2、速度计算模块3、位置定位模块4、校正模块5、标定提醒模块6、航线规划模块7、显示模块8。

加速度测量模块1，与主控模块2连接，用于通过加速度计测量运载体本身的加速度，首先将加速度计装载在运载体上，当运载体的速度发生变化时，相应会带动加速度计的速度发生变化，加速度计会受到随着速度变化而变化的力，加速度计会根据受力程度的均匀变化而计算出运载体本身的加速度数据，加速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

主控模块2，与加速度测量模块1、速度计算模块3、位置定位模块4、校正模块5、标定提醒模块6、航线规划模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对各模块传输的数据以及请求进行采集，通过分析处理后输出给输出通道；当各模块需要模拟量输出时，主控模块的指令经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；

速度计算模块3，与主控模块2连接，用于通过计算程序根据加速度计算运载体速度，由定时器以及计算程序组成，定时器由键盘扫描、动态LED显示电路构成，以实现对运载体运动时间的计算，计算程序获取实时运动时间，根据程序内部速度计算算法对当前运载体的速度进行实时计算与展示，得到的速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

位置定位模块4，与主控模块2连接，用于对运载体位置进行定位，使用GPS定位算法对运载体进行定位，定位接收机接收GPS卫星广播，对可见GPS卫星广播电磁进行解析，得到位置信息、距离信息，使用载波相位算法得到运载体位置的经纬度信息；

校正模块5，与主控模块2连接，用于对惯性导航标定设备进行校正，首先构建深度学习标定设备校正程序，使用当前公开数据集对校正程序进行训练并测试，得到误差小于0.001的校正程序，程序获取实时惯性导航标定设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到当前校正轨迹；

标定提醒模块6，与主控模块2连接，用对惯性导航标定设备进行标定提醒，包括标定监测CPU与提醒器，标定监测CPU实时监测设备的状态，当需要进行标定时，会刺激标定监测CPU产生电信号，若电信号经由CPU分析为需要标定，则CPU立即调用提醒器发出提醒；

航线规划模块7，与主控模块2连接，用于对运载体航线进行规划，首先构建深度学习航线规划程序，使用当前公开轨迹规划数据集对航线规划程序进行训练并测试，程序获取实时运载体设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到航线规划轨迹；

显示模块8，与主控模块2连接，用于通过显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果，主控模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将数字信号通过DVI接口传入显示屏，以供显示。

工作原理：通过加速度测量模块1利用加速度计测量运载体本身的加速度，主控模块2通过速度计算模块3利用计算程序根据加速度计算运载体速度，通过位置定位模块4对运载体位置进行定位；通过校正模块5对惯性导航标定设备进行校正，通过标定提醒模块6对惯性导航标定设备进行标定提醒；通过航线规划模块7对运载体航线进行规划，通过显示模块8利用显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果。

如图3所示，本发明提供的校正模块5校正方法如下：

S201，配置惯性导航标定设备工作参数；抑制舒拉周期振荡误差分量；在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量；

S202，获得两个不同时刻间的经度累积误差；获得等效陀螺漂移的估计值；基于所述两个不同时刻间的经度累积误差获得所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值；

S203，对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；基于所述等效陀螺漂移的估计值对所述惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。

本发明提供的获得两个不同时刻间的经度累积误差；采用如下方式实现：

在第一时刻，获得第一次外界准确经度信息，基于所述第一次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第一时刻输出的经度信息，得到第一次惯导经度误差；

在第二时刻，获得第二次外界准确经度信息，基于所述第二次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第二时刻输出的经度信息，得到第二次惯导经度误差；

基于所述第一次惯导经度误差和所述第二次惯导经度误差获得从所述第一时刻到所述第二时刻的经度累积误差，其中所述第二时刻和所述第一时刻的差值为24小时的整数倍。

本发明提供的获得等效陀螺漂移的估计值；采用如下方式实现：

将所述两个不同时刻间的经度累积误差输入预先构建的等效陀螺漂移估计模型，得到所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值。

本发明提供的构建等效陀螺漂移估计模型的具体步骤如下：

获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤，基于动基座条件下惯性导航标定设备误差方程组，建立引起动基座惯性导航标定设备经度累积误差的分段等效陀螺漂移估计模型；

获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，基于所述分段等效陀螺漂移估计模型，采用两点校正的方式得到等效陀螺漂移估计模型，其中所述等效陀螺漂移估计模型用于获取两个不同时刻间所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，且所述两个不同时刻的差值为24小时的整数倍；

其中，所述获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

在校正时刻，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态；

基于由误差源引起的经度误差、由等效陀螺漂移引起的经度累积性误差、由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差，建立两个不同时刻分别对应的惯性导航标定设备经度误差方程，其中所述误差源包括初始对准误差、安装误差、加速度计误差；

使选定的两个不同时刻的时间间隔为24小时的整数倍，此时所述两个不同时刻分别对应的由误差源引起的经度误差间的差值趋近于0，所述两个不同时刻分别对应的由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差间的差值趋近于0；

根据所述选定的两个不同时刻的惯性导航标定设备经度误差方程，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的由等效陀螺漂移引起的不同时刻间经度累积性误差表达式；

根据所述不同时刻间经度累积性误差表达式，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的不同时刻间等效陀螺漂移估计模型；

根据载体纬度的变化量，对所述不同时刻间等效陀螺漂移估计模型进行离散化处理，得到等效陀螺漂移估计模型。

本发明提供的获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

选取东北天坐标系为导航坐标系，记为n系，载体坐标系记为b系，旋转坐标系记为r系，惯性坐标系记为i系，在动基座条件下，基于包括姿态角误差方程、速度误差方程、纬度误差方程和经度误差方程的惯性导航标定设备误差方程组，结合水下运载器的航行参数以及惯性导航标定设备的误差特点，对所述惯性导航标定设备误差方程组进行简化处理，得到包括载体东向水平姿态角误差方程、北向水平姿态角误差方程、方位角误差方程、载体东向速度误差方程、载体北向速度误差方程、载体纬度误差方程和载体经度误差方程的简化后惯性导航标定设备误差方程组；

通过将线性时变系统看作分段线性定常系统的方式对所述简化后惯性导航标定设备误差方程组进行求解，得到分段时间间隔内的惯导经度误差表达式；

剔除周期振荡误差的影响，得到等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式；

基于等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式，得到分段等效陀螺漂移估计模型。

本发明提供的对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；采用如下方式实现：

基于所述等效陀螺漂移估计模型构建惯导经度误差补偿模型；

根据载体的纬度变化量、两个时刻的时间间隔以及等效陀螺漂移的估计值，利用所述惯导经度误差补偿模型得到任意时刻补偿后的惯导经度信息。

如图4所示，本发明提供的标定提醒模块6提醒方法如下：

S301，通过测试设备测试惯性导航标定设备是否正常工作；惯性导航标定设备定时采样卫星定位数据，并与惯性导航标定设备内部惯性通道解算的位置进行比对，计算得出各时刻的径向误差率；

S302，导航完成后，根据各时刻径向误差率统计单次导航任务的任务径向误差率，累积超过八次任务径向误差率时，统计累计圆概率误差，并通过数据总线传输至显示系统显示；

S303，任务径向误差率或累计圆概率误差大于等于规定值时，通过数据总线传输标定提示至显示系统显示。

本发明提供的通过以下公式计算各时刻的径向误差率，

其中，T为导航时间，Δλ为经度误差，Δφ为纬度误差，φ为纬度真值。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明通过校正模块在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量，之后获得两个不同时刻间的经度累积误差，并基于两个不同时刻间的经度累积误差获得惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，消除了惯性导航标定设备经度误差中地球周期振荡误差分量与常值误差分量，最后基于等效陀螺漂移的估计值对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。本申请针对引起惯性导航标定设备经度累积性误差分量的误差源进行估计，实现了对惯性导航标定设备经度累积性误差的补偿；同时，通过标定提醒模块采用的标定提示由惯性导航标定设备内部计算处理，不需要维护人员人工比对，由计算机自动判断，缩短了维护周期，降低了对维护人员专业技术水平的要求。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本发明通过校正模块在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量，之后获得两个不同时刻间的经度累积误差，并基于两个不同时刻间的经度累积误差获得惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，消除了惯性导航标定设备经度误差中地球周期振荡误差分量与常值误差分量，最后基于等效陀螺漂移的估计值对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。本申请针对引起惯性导航标定设备经度累积性误差分量的误差源进行估计，实现了对惯性导航标定设备经度累积性误差的补偿；同时，通过标定提醒模块采用的标定提示由惯性导航标定设备内部计算处理，不需要维护人员人工比对，由计算机自动判断，缩短了维护周期，降低了对维护人员专业技术水平的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述惯性导航标定设备的控制装置包括：

加速度测量模块、主控模块、速度计算模块、位置定位模块、校正模块、标定提醒模块、航线规划模块、显示模块；

加速度测量模块，与主控模块连接，用于通过加速度计测量运载体本身的加速度，首先将加速度计装载在运载体上，当运载体的速度发生变化时，相应会带动加速度计的速度发生变化，加速度计会受到随着速度变化而变化的力，加速度计会根据受力程度的均匀变化而计算出运载体本身的加速度数据，加速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

主控模块，与加速度测量模块、速度计算模块、位置定位模块、校正模块、标定提醒模块、航线规划模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对各模块传输的数据以及请求进行采集，通过分析处理后输出给输出通道；当各模块需要模拟量输出时，主控模块的指令经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；

速度计算模块，与主控模块连接，用于通过计算程序根据加速度计算运载体速度，由定时器以及计算程序组成，定时器由键盘扫描、动态LED显示电路构成，以实现对运载体运动时间的计算，计算程序获取实时运动时间，根据程序内部速度计算算法对当前运载体的速度进行实时计算与展示，得到的速度数据以数字信号的形式传输到主控模块；

位置定位模块，与主控模块连接，用于对运载体位置进行定位，使用GPS定位算法对运载体进行定位，定位接收机接收GPS卫星广播，对可见GPS卫星广播电磁进行解析，得到位置信息、距离信息，使用载波相位算法得到运载体位置的经纬度信息；

校正模块，与主控模块连接，用于对惯性导航标定设备进行校正，首先构建深度学习标定设备校正程序，使用当前公开数据集对校正程序进行训练并测试，得到误差小于0.001的校正程序，程序获取实时惯性导航标定设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到当前校正轨迹；

标定提醒模块，与主控模块连接，用对惯性导航标定设备进行标定提醒，包括标定监测CPU与提醒器，标定监测CPU实时监测设备的状态，当需要进行标定时，会刺激标定监测CPU产生电信号，若电信号经由CPU分析为需要标定，则CPU立即调用提醒器发出提醒；

航线规划模块，与主控模块连接，用于对运载体航线进行规划，首先构建深度学习航线规划程序，使用当前公开轨迹规划数据集对航线规划程序进行训练并测试，程序获取实时运载体设备信息，将信息输入到程序中，程序根据深度学习算法得到航线规划轨迹；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果，主控模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将数字信号通过DVI接口传入显示屏，以供显示。

2.一种如权利要求1所述的惯性导航标定设备的控制装置的控制方法，其特征在于，所述惯性导航标定设备的控制方法包括以下步骤：

步骤一，通过加速度测量模块利用加速度计测量运载体本身的加速度；

步骤二，主控模块通过速度计算模块利用计算程序根据加速度计算运载体速度；

步骤三，通过位置定位模块对运载体位置进行定位；通过校正模块对惯性导航标定设备进行校正；

步骤四，通过标定提醒模块对惯性导航标定设备进行标定提醒；通过航线规划模块对运载体航线进行规划；

步骤五，通过显示模块利用显示器显示加速度测量结果、速度计算结果、位置定位信息、标定提醒信息、航线规划结果。

3.如权利要求1所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述校正模块校正方法如下：

(1)配置惯性导航标定设备工作参数；抑制舒拉周期振荡误差分量；在对惯性导航标定设备进行校正期间，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，以抑制惯性导航标定设备的经度误差中受傅科周期调制的舒拉周期振荡误差分量；

(2)获得两个不同时刻间的经度累积误差；获得等效陀螺漂移的估计值；基于所述两个不同时刻间的经度累积误差获得所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值；

(3)对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；基于所述等效陀螺漂移的估计值对所述惯性导航标定设备的经度误差进行补偿。

4.如权利要求3所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述获得两个不同时刻间的经度累积误差；采用如下方式实现：

在第一时刻，获得第一次外界准确经度信息，基于所述第一次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第一时刻输出的经度信息，得到第一次惯导经度误差；

在第二时刻，获得第二次外界准确经度信息，基于所述第二次外界准确经度信息和所述惯性导航标定设备在所述第二时刻输出的经度信息，得到第二次惯导经度误差；

基于所述第一次惯导经度误差和所述第二次惯导经度误差获得从所述第一时刻到所述第二时刻的经度累积误差，其中所述第二时刻和所述第一时刻的差值为24小时的整数倍。

5.如权利要求3所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述获得等效陀螺漂移的估计值；采用如下方式实现：

将所述两个不同时刻间的经度累积误差输入预先构建的等效陀螺漂移估计模型，得到所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值。

6.如权利要求5所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述构建等效陀螺漂移估计模型的具体步骤如下：

获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤，基于动基座条件下惯性导航标定设备误差方程组，建立引起动基座惯性导航标定设备经度累积误差的分段等效陀螺漂移估计模型；

获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态，基于所述分段等效陀螺漂移估计模型，采用两点校正的方式得到等效陀螺漂移估计模型，其中所述等效陀螺漂移估计模型用于获取两个不同时刻间所述惯性导航标定设备的等效陀螺漂移的估计值，且所述两个不同时刻的差值为24小时的整数倍；

其中，所述获得等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

在校正时刻，控制所述惯性导航标定设备工作于水平阻尼状态；

基于由误差源引起的经度误差、由等效陀螺漂移引起的经度累积性误差、由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差，建立两个不同时刻分别对应的惯性导航标定设备经度误差方程，其中所述误差源包括初始对准误差、安装误差、加速度计误差；

使选定的两个不同时刻的时间间隔为24小时的整数倍，此时所述两个不同时刻分别对应的由误差源引起的经度误差间的差值趋近于0，所述两个不同时刻分别对应的由等效陀螺漂移引起的经度地球周期振荡误差间的差值趋近于0；

根据所述选定的两个不同时刻的惯性导航标定设备经度误差方程，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的由等效陀螺漂移引起的不同时刻间经度累积性误差表达式；

根据所述不同时刻间经度累积性误差表达式，得到从选定的一个时刻到另一个时刻的不同时刻间等效陀螺漂移估计模型；

根据载体纬度的变化量，对所述不同时刻间等效陀螺漂移估计模型进行离散化处理，得到等效陀螺漂移估计模型。

7.如权利要求3所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述获得分段等效陀螺漂移估计模型的分步骤包括：

选取东北天坐标系为导航坐标系，记为n系，载体坐标系记为b系，旋转坐标系记为r系，惯性坐标系记为i系，在动基座条件下，基于包括姿态角误差方程、速度误差方程、纬度误差方程和经度误差方程的惯性导航标定设备误差方程组，结合水下运载器的航行参数以及惯性导航标定设备的误差特点，对所述惯性导航标定设备误差方程组进行简化处理，得到包括载体东向水平姿态角误差方程、北向水平姿态角误差方程、方位角误差方程、载体东向速度误差方程、载体北向速度误差方程、载体纬度误差方程和载体经度误差方程的简化后惯性导航标定设备误差方程组；

通过将线性时变系统看作分段线性定常系统的方式对所述简化后惯性导航标定设备误差方程组进行求解，得到分段时间间隔内的惯导经度误差表达式；

剔除周期振荡误差的影响，得到等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式；

基于等效陀螺漂移在所述时间间隔内引起的经度累积性误差表达式，得到分段等效陀螺漂移估计模型。

8.如权利要求3所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述对惯性导航标定设备的经度误差进行补偿；采用如下方式实现：

基于所述等效陀螺漂移估计模型构建惯导经度误差补偿模型；

根据载体的纬度变化量、两个时刻的时间间隔以及等效陀螺漂移的估计值，利用所述惯导经度误差补偿模型得到任意时刻补偿后的惯导经度信息。

9.如权利要求1所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述标定提醒模块提醒方法如下：

1)通过测试设备测试惯性导航标定设备是否正常工作；惯性导航标定设备定时采样卫星定位数据，并与惯性导航标定设备内部惯性通道解算的位置进行比对，计算得出各时刻的径向误差率；

2)导航完成后，根据各时刻径向误差率统计单次导航任务的任务径向误差率，累积超过八次任务径向误差率时，统计累计圆概率误差，并通过数据总线传输至显示系统显示；

3)任务径向误差率或累计圆概率误差大于等于规定值时，通过数据总线传输标定提示至显示系统显示。

10.如权利要求9所述惯性导航标定设备的控制装置，其特征在于，所述通过以下公式计算各时刻的径向误差率，

其中，T为导航时间，Δλ为经度误差，Δφ为纬度误差，φ为纬度真值。

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