CN117346772B - 一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法及系统，方法包括：S1，令水下平台沿纬圈航行，记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及纬度信息L计算纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度并对地球振荡误差重调，以更新经度、纬度和航向；S2，沿经圈朝南航行，记录惯性导航系统输出的经度信息λ；沿经圈朝北航行，记录惯性导航系统输出的经度信息；根据经度信息λ和经度信息计算经度发散项误差速率并对经度发散项误差进行重调，以更新当前时刻经度信息。本发明能在水下环境对惯性导航系统进行误差重调，延长系统保精度时间。
Description
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域，更具体地，涉及一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法及系统。
背景技术
惯性导航系统是利用陀螺仪和加速度计确定运载体位置、速度及姿态的一种导航系统经过适当初始化，具有独立、自主、连续地确定运载体位置、速度及姿态的能力，在现代导航中具有十分重要的地位。然而，受初始对准精度、惯性器件测量精度影响，惯导系统输出信息中总是存在地球振荡误差和发散项误差。尤其是对于角度随机游走较大的陀螺仪组成的惯导系统，地球振荡误差幅值呈现总体增大趋势，是不可忽略误差。
目前，水下平台惯性导航系统误差重调主要依赖于单点校正、两点校正等手段，均需要水下平台上浮获取精确位置信息，会在一定程度上影响到其隐蔽性。因此，有必要研究一种无需上浮即可进行惯性导航系统误差重调的方案。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法及系统，基于惯导误差特性，通过约束水下平台运动状态，无需上浮即可进行惯性导航系统误差重调，延长水下自主工作时间，充分发挥系统效能。
根据本发明的第一方面，提供了一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法，包括：
S1，基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
S2，令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，步骤S1中，所述令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度，包括：
S101，令水下平台沿纬圈朝东或西定向航行，直到寻找到洋流影响较小区域；
S102，沿纬圈朝东或西定速航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻对应的纬度信息，N为单向航段的采样次数；
S103，设纬度地球振荡误差幅值为A、采样初始时刻对应的纬度地球振荡误差相位为、水下洋流每分钟漂移距离为/>和采样初始时刻水下平台真实纬度为/>，结合地球振荡误差方程得到以下方程：
（1），
其中，24表示地球振荡周期为24小时，60表示将每小时量化为60分钟；
S104，采用利用最小二乘法求解式（1），得到、/>、/>和/>；
S105，设求解得到的、/>，则有下式：
（2），
（3），
其中，若，则/>；若/>，则/>。
进一步，步骤S104中，求解式（1）的过程包括：
设、/>、/>，
则有，
（4），
求解式（4），得到、/>、/>和/>。
可选的，步骤S1中，所述根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>，包括：
S106，获取地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度、纬度/>和航向，通过下式计算地球振荡误差重调后的经度/>、纬度/>和航向/>：
（5），
（6），
（7）；
采用地球振荡误差重调后的经度、纬度/>和航向/>更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>。
可选的，步骤S2中，所述令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，包括：
S201，令水下平台沿经圈朝南或北定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S202，令水下平台沿经圈朝南或北定速航行，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S203，令水下平台沿经圈朝与步骤S201~S202相反的方向定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S204，令水下平台沿步骤S203的方向定速行驶，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，按照采样时刻依次记为/>、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数。
可选的，步骤S2中，所述根据所述经度信息λ和经度信息计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>，包括：
S205，设经度发散项误差速率为、水下洋流漂移速率为/>，基于记录的经度信息λ和经度信息/>，得到以下方程：
（8），
S206，通过最小二乘法求解式（8），得到经度发散项误差速率和水下洋流漂移速率/>；
S207，获取经度发散项重调前惯性导航系统输出经度信息以及上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T，结合求解得到的经度发散项误差速率/>通过下式对经度发散项误差进行重调：
（9）；
采用重调后得到的当前时刻经度信息对经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>进行更新。
进一步，步骤S1和/或步骤S2中，水下平台定速航行阶段，航行速度保持在10节，航行速度误差小于1节，且航向误差不超过2毫弧度。
根据本发明的第二方面，提供一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统，包括：
地球振荡误差重调模块，用于基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，以及根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
经度发散项误差重调模块，用于令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；还用于令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；并根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，以及根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现上述适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法的步骤。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现上述适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法的步骤。
本发明提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法、系统、电子设备及存储介质，基于惯导误差特性，能够在水下环境中对地球振荡项误差和经度发散项误差进行重调，约束搭载惯性导航系统的水下平台运动状态，通过其沿纬圈单向航行的检测数据重调地球振荡误差、以及通过其沿经圈单向航行的两个航段的检测数据重调精度发散项误差，无需上浮即可进行惯性导航系统误差重调，增强了水下平台运转的隐蔽性和安全性，延长水下平台的水下自主工作时间，充分发挥系统效能。
附图说明
图1为本发明提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法流程图；
图2为某一实施例中水下平台航行轨迹规划示意图；
图3为经度/纬度/航向地球振荡误差的相位及幅值关系示意图；
图4为某一实施例中地球振荡误差重调前后导航误差对比示意图；
图5为某一实施例中经度发散项误差重调前后导航误差对比示意图；
图6为本发明提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统组成框图；
图7为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
图8为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
首先，介绍本发明方案的基本思路。
由惯性导航系统力学编排方程可知，惯性导航系统的误差主要包含舒拉振荡误差、地球振荡误差以及随时间发散误差，具体经度误差、纬度误差/>和航向误差/>方程如下所示：
，
，
，
其中，、/>分别为东向、北向加速度计零偏；/>，为当地重力加速度；，为第一宇宙速度；/>，为舒拉振荡周期正弦函数；/>，为舒拉振荡周期余弦函数；/>，为傅科振荡周期正弦函数；/>，为傅科振荡周期余弦函数；/>，为地球振荡周期正弦函数；/>，为地球振荡周期余弦函数，t为自主导航时间；/>为初始纬度误差；/>，为地球半径；，为地球自转角速度；/>、/>分别为当地纬度正弦值、余弦值；/>、/>、为初始航向/姿态误差；/>，为地球自转角速度在北向投影；/>，为地球自转角速度在天向投影；/>、/>、/>分别为东向、北向、天向陀螺漂移；，为舒拉振荡角频率；/>，为傅科振荡角频率；/>、/>分别为初始东向、北向速度误差。
在搭载惯性导航系统的平台匀速航行期间，惯性导航系统可通过水平阻尼回路抑制舒拉振荡幅值，使其成为可忽略的小量，基于此，对上式简化可得：
，
，
，
令、/>、，则：
，
，
，
若能够求解、/>、/>的大小或等效表示方式，即可同时完成经度误差/>、纬度误差/>和航向误差/>的重调。
本发明实施例基于上述原理，如图1的流程图所示，提供了一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法，该方法包括步骤S1~S2：
S1，基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
S2，令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法。如图2所示为实施例规划的水下平台航行轨迹示意图，该航行轨迹共分为三个方向不同的单向航段。在步骤S1中对应第一个单向航段，水下平台沿纬圈朝地理东向或者西向航行，根据沿纬圈航行过程中记录的纬度信息计算并重调地球振荡误差，以进行地球振荡误差校正；本发明图2实施例中步骤S1以向东航行进行示例，向西航行的工作原理与向东航行的原理相同，均是为了实现对地球振荡误差进行重调，此处不再赘述。在完成步骤S1的地球振荡误差重调（校正）后，在步骤S2中，水下平台沿经圈朝地理南向航行预设的时间（第二个单向航段）后，再沿经圈北向航行（第三个单向航段），或者沿经圈先北向航行（第二个单向航段）、再南向航行（第三个单向航段），根据沿经圈的两个航段中记录的经度信息计算并重调经度发散项误差，以再次对惯性导航系统进行误差校正。
本发明的方法基于惯导误差特性，能够在水下环境中对地球振荡项误差和经度发散项误差进行重调，约束搭载惯性导航系统的水下平台运动状态，通过其沿纬圈单向航行的检测数据重调地球振荡误差、以及通过其沿经圈单向航行的两个航段的检测数据重调精度发散项误差，平台无需上浮即可进行惯性导航系统误差重调，增强了水下平台运转的隐蔽性和安全性，延长水下平台的水下自主工作时间，充分发挥系统效能。
在控制水下平台进行第一段单向航段的航行之前，首先需规划水下平台在整个校正过程中的航行轨迹。图2为惯性导航系统误差重调时水下平台航行规划示意图，定义水下平台艏向与惯性导航系统输出航向一致，水下平台横轴与惯性导航系统X轴一致，水下平台立轴与惯性导航系统Z轴一致，航行规划示意图具体说明如下：
（1）每段定向巡航过程中，惯性导航系统均进入自主导航状态，航向基准采用惯性导航系统输出航向，叠加操舵精度，平台艏向误差应小于2毫弧度；且可提前预设三个单向航段的运行时间，三个航段的运行时间可根据实际需求分别进行灵活调整，为了简化说明，本发明各实施例以单个航段运行时间为12小时进行举例说明，且为了得到更加准确的记录数据，在记录每个航段的惯性导航系统输出数据之前均设有适应阶段，以保证记录的数据为平台稳定运行状态下的数据；
（2）受水下洋流影响，水下平台实际航向难以保证与平台艏向严格一致，因此，需要对洋流影响进行分离；
（3）向南定向巡航转为向北定向巡航过程（即第二个单向航段转换为第三个单向航段的过程）中，惯性导航系统器件误差应保持不变，基于此，转向结束后经度发散速度反向，而洋流方向保持不变，便于对洋流影响进行分离。
在一种可能的实施例方式中，步骤S1中，所述令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，包括S101~S105：
S101，首先规划如图2所示的水下平台航行轨迹，选择洋流较为稳定的水下区域，惯性导航系统处于自主导航状态，基于惯性导航系统输出航向，令水下平台沿纬圈朝东（或西）定向航行12小时；定向航行过程中，速度保持在10节（误差小于1节），航向误差保持在2毫弧度以内；
在向东定向航行的第0~2小时内，平台寻找合适区域，减小洋流影响，直到寻找到洋流影响较小区域，水下平台平稳运行；
S102，定向航行第2~12小时过程中，水下平台沿纬圈朝东（或西）定速航行，惯性导航系统继续工作于自主导航状态，按采样周期每分钟记录一次惯性导航系统输出的纬度信息L，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻对应的纬度信息，N为单向航段的采样次数；
S103，设纬度地球振荡误差幅值为A、采样初始时刻对应的纬度地球振荡误差相位为、水下洋流每分钟漂移距离为/>和采样初始时刻水下平台真实纬度为/>，结合地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L可得到以下方程（1）：
（1），
式（1）中，24表示地球振荡周期为24小时，60表示将每小时量化为60分钟；
S104，采用利用最小二乘法求解式（1），得到、/>、/>和/>；
更具体的，步骤S104中，求解式（1）的过程包括：
设、/>、/>，
则有，
（2），
求解式（2），得到、/>、/>和/>；
S105，设求解得到的、/>，则有下式：
（3），
（4），
其中，若，则/>；若/>，则/>。
可以理解的是，通过式（1）~（4）计算得到了纬度地球振荡误差幅值为A、采样初始时刻对应的纬度地球振荡误差相位为、水下洋流每分钟漂移距离为/>和采样初始时刻水下平台真实纬度为/>。
在一种可能的实施例方式中，步骤S1中，所述根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>，包括：
S106，获取地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度、纬度/>和航向，通过下式计算地球振荡误差重调后的经度/>、纬度/>和航向/>：
（5），
（6），/>
（7）；
采用地球振荡误差重调后的经度、纬度/>和航向/>更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>。
可以理解的是，地球振荡误差具体包含经度误差地球振荡项、纬度误差地球振荡项、航向误差地球振荡项三部分。如图3所示为经度、纬度和航向的地球振荡误差项相位及幅值关系示意图，分析图3可知，本实施例中经度误差相位及航向误差相位超前纬度误差相位约1/4周期，且经度误差幅值以及航向误差幅值也与纬度误差幅值具有相关性。因此，步骤S106中，基于前面步骤求解获得的、/>、/>、/>参量对地球振荡误差进行重调，并通过重调后得到的新的经度/>、纬度/>和航向/>更新地球振荡误差重调前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>。在某一优选实施例中，采用捷联惯性导航系统进行地球振荡项误差重调方法测试，重调后得到的导航结果如图4所示。分析图4可得，经过地球振荡项误差重调后，系统地球振荡项误差幅值明显减小，可以证明本发明实施例地球振荡项误差重调方案的有效性。
在一种可能的实施例方式中，在完成步骤S1的地球振荡误差重调后，步骤S2中，所述令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，包括步骤S201~S204：
S201，选择洋流较为稳定的水下区域，令水下平台沿经圈朝南或北（本实施例以向南为例说明）定向航行12小时，惯性导航系统处于自主导航状态，此定向航行过程中，不隔离载体角运动，速度保持在10节（误差小于1节），航向误差保持在2毫弧度以内；
在向南定向航行的第0~2小时内，平台寻找合适区域，减小洋流影响，直到寻找到洋流影响较小区域，水下平台平稳运行；
S202，在向南定向航行第2~12小时过程中，令水下平台沿经圈朝南保持定速航行，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期每分钟记录一次惯性导航系统输出的经度信息λ，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S203，令水下平台沿经圈朝与步骤S201~S202相反的方向（向北）定向航行12小时，惯性导航系统处于自主导航状态；此定向航行过程中，不隔离载体角运动，速度保持在10节（误差小于1节），航向误差保持在2毫弧度以内；
在向北定向航行的第0~2小时内，平台寻找合适区域，减小洋流影响，直到寻找到洋流影响较小区域，水下平台平稳运行；
S204，在向北定向航行第2~12小时过程中，令水下平台向北定速行驶，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，按照采样时刻依次记为/>、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数。
可以理解的是，步骤S201~S202处于第二个定向航段，步骤S203~S204处于第三个定向航段，第二个定向航段与第三个定向航段均是沿经圈定向定速航行，区别主要在于其中一个航段朝南、另一个航段朝北。由于考虑到三个相邻航段之间的角度转换过程，在第二个定向航段与第三个定向航段中不隔离载体角运动。
在一种可能的实施例方式中，步骤S2中，所述根据所述经度信息λ和经度信息计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>，包括：
S205，设经度发散项误差速率为、水下洋流漂移速率为/>，基于记录的经度信息λ和经度信息/>，得到以下方程：
（8），
S206，通过最小二乘法求解式（8），得到经度发散项误差速率和水下洋流漂移速率/>；
S207，获取经度发散项重调前惯性导航系统输出经度信息以及上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T，结合求解得到的经度发散项误差速率/>通过下式对经度发散项误差进行重调：
（9）；
采用重调后得到的当前时刻经度信息对经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>进行更新。
可以理解的是，本实施例基于求解获得的参量对发散项误差进行重调。如图5所示为本实施例中采用捷联惯性导航系统进行经度发散项误差重调方法测试前后导航误差对比示意图。分析图5可以看出，经过经度发散项误差重调后，系统经度发散趋势得到一定抑制，可以证明本实施例经度发散项误差重调方案的有效性。
至此，惯性导航系统在水下环境中完成地球振荡项误差和发散项误差重调，保精度工作时间得到延长。
图6为本发明实施例提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统结构图，如图6所示，一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统，包括地球振荡误差重调模块和经度发散项误差重调模块，其中：
地球振荡误差重调模块，用于基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，以及根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
经度发散项误差重调模块，用于令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；还用于令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；并根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，以及根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
可以理解的是，本发明提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统与前述各实施例提供的适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法相对应，适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统的相关技术特征可参考适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法的相关技术特征，在此不再赘述。
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图7所示，本发明实施例提了一种电子设备700，包括存储器710、处理器720及存储在存储器710上并可在处理器720上运行的计算机程序711，处理器720执行计算机程序711时实现以下步骤：
S1，基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
S2，令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
请参阅图8，图8为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图8所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质800，其上存储有计算机程序811，该计算机程序811被处理器执行时实现如下步骤：
S1，基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
S2，令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>。
本发明实施例提供的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法、系统及存储介质，基于惯导误差特性，能够在水下环境中对地球振荡项误差和经度发散项误差进行重调，其约束搭载惯性导航系统的水下平台运动状态，通过其沿纬圈单向航行的检测数据重调地球振荡误差、以及通过其沿经圈单向航行的两个航段的检测数据重调精度发散项误差，平台无需上浮即可进行惯性导航系统误差重调，增强了水下平台运转的隐蔽性和安全性，延长水下平台的水下自主工作时间，充分发挥系统效能。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法，其特征在于，包括：
S1，基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；具体包括：
S101，令水下平台沿纬圈朝东或西定向航行，直到寻找到洋流影响较小区域；
S102，沿纬圈朝东或西定速航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻对应的纬度信息，N为单向航段的采样次数；
S103，设纬度地球振荡误差幅值为A、采样初始时刻对应的纬度地球振荡误差相位为、水下洋流每分钟漂移距离为/>和采样初始时刻水下平台真实纬度为/>，结合地球振荡误差方程得到以下方程：
（1），
其中，24表示地球振荡周期为24小时，60表示将每小时量化为60分钟；
S104，采用利用最小二乘法求解式（1），得到、/>、/>和/>；
S105，设求解得到的、/>，则有下式：
（2），
（3），
其中，若，则/>；若/>，则/>；
S106，获取地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度、纬度/>和航向/>，通过下式计算地球振荡误差重调后的经度/>、纬度/>和航向/>：
（5），
（6），
（7），
采用地球振荡误差重调后的经度、纬度/>和航向/>更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
S2，令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>；具体包括：
S201，令水下平台沿经圈朝南或北定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S202，令水下平台沿经圈朝南或北定速航行，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S203，令水下平台沿经圈朝与步骤S201~S202相反的方向定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S204，令水下平台沿步骤S203的方向定速行驶，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，按照采样时刻依次记为/>、/>、/>……，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S205，设经度发散项误差速率为、水下洋流漂移速率为/>，基于记录的经度信息λ和经度信息/>，得到以下方程：
（8），
S206，通过最小二乘法求解式（8），得到经度发散项误差速率和水下洋流漂移速率/>；
S207，获取经度发散项重调前惯性导航系统输出经度信息以及上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T，结合求解得到的经度发散项误差速率/>通过下式对经度发散项误差进行重调：
（9）；
采用重调后得到的当前时刻经度信息对经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>进行更新。
2.根据权利要求1所述的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法，其特征在于，步骤S104中，求解式（1）的过程包括：
设、/>、/>，
则有
（4），
求解式（4），得到、/>、/>和/>。
3.根据权利要求1所述的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法，其特征在于，步骤S1和/或步骤S2中，水下平台定速航行阶段，航行速度保持在10节，航行速度误差小于1节，且航向误差不超过2毫弧度。
4.一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正系统，其特征在于，包括：
地球振荡误差重调模块，用于基于惯性导航系统输出航向进入自主导航状态，令水下平台沿纬圈朝东或西航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，以及根据地球振荡误差方程以及记录的纬度信息L计算得到纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位和采样初始时刻平台真实纬度/>，并根据纬度地球振荡误差幅值A、采样初始时刻纬度地球振荡误差相位/>和采样初始时刻平台真实纬度/>对地球振荡误差进行重调，以更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向；具体包括：
S101，令水下平台沿纬圈朝东或西定向航行，直到寻找到洋流影响较小区域；
S102，沿纬圈朝东或西定速航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的纬度信息L，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻对应的纬度信息，N为单向航段的采样次数；
S103，设纬度地球振荡误差幅值为A、采样初始时刻对应的纬度地球振荡误差相位为、水下洋流每分钟漂移距离为/>和采样初始时刻水下平台真实纬度为/>，结合地球振荡误差方程得到以下方程：
（1），
其中，24表示地球振荡周期为24小时，60表示将每小时量化为60分钟；
S104，采用利用最小二乘法求解式（1），得到、/>、/>和/>；
S105，设求解得到的、/>，则有下式：
（2），
（3），
其中，若，则/>；若/>，则/>；
S106，获取地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度、纬度/>和航向/>，通过下式计算地球振荡误差重调后的经度/>、纬度/>和航向/>：
（5），
（6），
（7），
采用地球振荡误差重调后的经度、纬度/>和航向/>更新地球振荡误差调节前惯性导航系统输出的经度/>、纬度/>和航向/>；
经度发散项误差重调模块，用于令水下平台沿经圈朝南或北航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ；还用于令水下平台沿经圈朝前一航段的相反方向航行，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息；并根据所述经度信息λ和经度信息/>计算经度发散项误差速率/>，以及根据所述经度发散项误差速率/>和上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T进行经度发散项误差重调，以更新经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>；具体包括：
S201，令水下平台沿经圈朝南或北定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S202，令水下平台沿经圈朝南或北定速航行，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息λ，按照采样时刻依次记为、/>、/>……/>，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S203，令水下平台沿经圈朝与步骤S201~S202相反的方向定向航行，惯性导航系统处于自主导航状态，直到寻找到洋流影响较小区域；
S204，令水下平台沿步骤S203的方向定速行驶，惯性导航系统保持自主导航状态，按采样周期记录惯性导航系统输出的经度信息，按照采样时刻依次记为/>、/>、/>……，/>为本单向航段初始采样时刻输出的经度信息，N为单向航段的采样次数；
S205，设经度发散项误差速率为、水下洋流漂移速率为/>，基于记录的经度信息λ和经度信息/>，得到以下方程：
（8），
S206，通过最小二乘法求解式（8），得到经度发散项误差速率和水下洋流漂移速率/>；
S207，获取经度发散项重调前惯性导航系统输出经度信息以及上一次校正结束时刻到当前时刻的总时间T，结合求解得到的经度发散项误差速率/>通过下式对经度发散项误差进行重调：
（9）；
采用重调后得到的当前时刻经度信息对经度发散项重调前惯性导航系统输出的经度信息/>进行更新。
5.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1-3任一项所述的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的一种适用于水下平台惯性导航系统的误差校正方法的步骤。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117346772A (zh) | 2024-01-05 |
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