CN115201866A - 一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,根据惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定;构建了基于伪距和位置信息的惯导及北斗紧耦合空间误差补偿模型;将杆臂引起的经纬度差值转换到直角坐标系,根据补偿模型,采用补偿大地直角坐标补偿杆臂引起的伪距差,进而修正惯导及北斗紧耦合空间误差。本发明通过获取惯导与北斗接收机之间的杆臂距离便可实现紧耦合组合时观测量的补偿和修正,使惯导及北斗紧耦合组合导航具备工程可行性,有效提升了惯导及北斗紧耦合组合导航精度。
Description
技术领域
本发明属于船用惯导及北斗紧耦合技术领域,尤其是一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法。
背景技术
北斗卫星导航系统是我国自主研制的高性能导航系统,因其定位精度高,卫星数量多,覆盖范围广,与惯性导航系统互补优势明显,在舰船惯导及北斗组合导航领域应用广泛,其中利用北斗伪距等信息与惯导进行紧耦合,比传统的利用经纬度信息的松耦合具有更好的抗干扰性和灵活性,是我国舰船高精度连续组合导航发展的重要方向,具有重要的军用和民用价值。
但是在惯导及北斗紧耦合方案使用过程中,必须保证空间位置一致性,即卫星提供惯导所处位置的基准信息才能作为惯导组合方案的观测量,否则会影响惯导误差和误差源滤波估计精度。在大型水面舰船,北斗接收机放置位置往往与惯导位置在水平方向相隔几十米甚至百米级,而卫星接收机接收的伪距信息为北斗卫星与北斗接收机之间的实际距离,不是北斗卫星与惯导位置之间的伪距,造成观测误差,影响惯导及北斗紧耦合方案精度。因此在大型水平舰船惯导及北斗紧耦合组合导航时,修正该空间位置误差十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,通过建立伪距差和位置差数学模型,实现惯导及北斗紧耦合方案空间修正,是紧耦合方案在大型水面舰船工程化应用的重要一步。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,包括以下步骤:
步骤1、明确惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定;
步骤2、根据约定构建基于伪距和位置信息的惯导及北斗紧耦合空间误差补偿模型;
步骤3、根据补偿模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。
而且,所述步骤1中惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定包括杆臂长度的约定、方位角的约定和航向角的约定;
杆臂长度约定的具体内容为:以惯导位置为中心,设置惯导位置坐标为,北斗接收机与惯导的相对位置通过坐标进行描述,其中,和为北斗接收机与惯导之间的杆臂长度,杆臂长度为北斗接收机在舰船右舷方向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导右方时杆臂长度为正,杆臂长度为北斗接收机在舰船艏向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导前方时杆臂长度为正;
而且,所述步骤2包括以下步骤:
而且,所述步骤2.1的具体实现方法为:
而且,所述步骤2.2的具体实现方法为:
而且,所述步骤2.3的具体实现方法为:
而且,所述步骤3包括以下步骤:
步骤3.1、将杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系;
步骤3.2、构建惯导及北斗紧耦合观测模型,根据转换到直角坐标系的经度差值和纬度差值和观测模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。
而且,所述步骤3.1的具体实现方法为:根据直角坐标和大地坐标之间的转换关系,将杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系:
其中,为地球第一偏心率;为地球卯酉面曲率半径;为惯导纬度;为惯导经度,为杆臂距离引起的两点经度差值,为杆臂距离引起的两点纬度差值,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系X轴方向的投影,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系Y轴方向的投影,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系Z轴方向的投影。
而且,所述步骤3.2的具体实现方法为:惯导及北斗紧耦合观测模型为:
本发明的优点和积极效果是:
本发明根据惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定;构建了基于伪距和位置信息的惯导及北斗紧耦合空间误差补偿模型;将杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系,根据补偿模型,采用补偿大地直角坐标补偿杆臂引起的伪距差,进而修正惯导及北斗紧耦合空间误差。本发明通过获取惯导与北斗接收机之间的杆臂距离便可实现紧耦合组合时观测量的补偿和修正,使惯导及北斗紧耦合组合导航具备工程可行性,有效提升了惯导及北斗紧耦合组合导航精度。
附图说明
图2为惯导及北斗紧耦合空间中的航向角示意图
图3为本发明杆臂距离投影示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,包括以下步骤:
步骤1、明确惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定。
惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定包括杆臂长度的约定、方位角的约定和航向角的约定;
杆臂长度约定的具体内容为:以惯导位置为中心,设置惯导位置坐标为,北斗接收机与惯导的相对位置通过坐标进行描述,其中,和为北斗接收机与惯导之间的杆臂长度,杆臂长度为北斗接收机在舰船右舷方向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导右方时杆臂长度为正。杆臂长度为北斗接收机在舰船艏向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导前方时杆臂长度为正;
步骤2、根据约定构建基于伪距和位置信息的惯导及北斗紧耦合空间误差补偿模型。
步骤3、根据补偿模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。
步骤3.1、将杆杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系。根据直角坐标和大地坐标之间的转换关系,将杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系:
其中,为地球第一偏心率;为地球卯酉面曲率半径;为惯导纬度;为惯导经度,为杆臂距离引起的两点经度差值,为杆臂距离引起的两点纬度差值,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系X轴方向的投影,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系Y轴方向的投影,为北斗接收机距离惯导位置的杆臂长度在直角坐标系Z轴方向的投影。
步骤3.2、构建惯导及北斗紧耦合观测模型,根据转换到直角坐标系的经度差值和纬度差值和观测模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。惯导及北斗紧耦合观测模型为:
其中,为第颗卫星和惯导计算的伪距差,矩阵M为惯导及北斗紧耦合观测矩阵,为第颗卫星观测噪声,为接收机钟漂,修正惯导及北斗紧耦合空间误差,就是补偿由杆臂距离引起的惯导坐标和北斗接收机输出的伪距计算出的伪距差,本发明采用补偿大地直角坐标的方式,补偿杆臂引起的伪距差:
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、明确惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定;
步骤2、根据约定构建基于伪距和位置信息的惯导及北斗紧耦合空间误差补偿模型;
步骤3、根据补偿模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。
2.根据权利要求1所述的一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,其特征在于:所述步骤1中惯导及北斗紧耦合空间位置补偿算法约定包括杆臂长度的约定、方位角的约定和航向角的约定;
杆臂长度约定的具体内容为:以惯导位置为中心,设置惯导位置坐标为,北斗接收机与惯导的相对位置通过坐标进行描述,其中,和为北斗接收机与惯导之间的杆臂长度,杆臂长度为北斗接收机在舰船右舷方向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导右方时杆臂长度为正,杆臂长度为北斗接收机在舰船艏向与惯导之间的距离,北斗接收机在惯导前方时杆臂长度为正;
7.根据权利要求3所述的一种大型水面舰船惯导及北斗紧耦合方案空间修正方法,其特征在于:所述步骤3包括以下步骤:
步骤3.1、将杆臂距离引起的两点经度差值和纬度差值转换到直角坐标系;
步骤3.2、构建惯导及北斗紧耦合观测模型,根据转换到直角坐标系的经度差值和纬度差值和观测模型修正惯导及北斗紧耦合空间误差。
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