[发明专利]一种惯性导航系统极区导航参数解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术等领域，具体涉及一种惯性导航系统极区导航参数解算方法。

背景技术

随着航空、航海事业的蓬勃发展以及极区的进一步开发利用，正确地实行极区导航定位，确保载体在极区的安全有效的航行，更显出它的重要性。

然而，极区的导航环境非常复杂，影响多种现有导航设备的正常使用和航行人员的安全作业。惯性导航系统具有自主性、抗干扰性、隐蔽性等优势，使其成为军事上一种必要的导航手段，在环境复杂的极区导航中也显得尤为重要。但极区纬度高、经线收敛快等特点使得现有惯导系统（导航坐标系不为地理坐标系）用于极区（除近极点区域）主要存在以下两个问题： 

1、随着纬度升高惯导系统地理航向误差和地理速度误差增大。这是因为随着纬度升高地理坐标系相对地球坐标系的转动角速度天向分量计算误差增大，进而影响与之直接相关的导航参数解算误差。

2、惯导系统解算的地理航向不能满足极区航行需求。这是因为地理经线的快速收敛导致载体沿大圆航线航行时不断的快速改变航向角，不利于航行人员航行监控和航行绘算，因此地理航向不再适用于极区航行。

因此，有必要发明一种既能提高极区导航性能又能满足极区航行需求的惯导系统极区导航方法。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供了一种惯性导航系统极区导航参数解算方法，应用于惯导系统导航解算模块中，使惯导直接输出极区导航参数。本发明通过构建椭球面栅格航向基准模型，利用惯导系统在导航坐标系下的导航信息，解算适用于极区航行的导航参数，提高惯导系统极区导航性能，满足载体的极区安全航行要求。

本发明的技术方案是：一种惯性导航系统极区导航参数解算方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第1步：根据惯导系统导航解算模块解算的经纬度信息，惯导计算机解算栅格航向基准和地理航向基准的夹角； 

第2步： 根据第1步确定的角度，惯导计算机解算导航坐标系与“栅格东，栅格北，天”坐标系的旋转关系矩阵；

第3步：根据第1步确定的角度，惯导计算机解算栅格航向参数，输出至惯导参数显示界面；

第4步：根据第2步确定的旋转关系矩阵，惯导计算机解算栅格速度参数，输出至惯导参数显示界面。

如上所述的导航参数解算方法，其特征在于：所述步骤1中栅格航向基准与地理基准的夹角                                                ，其中 为地理纬度，为地理经度。

如上所述的导航参数解算方法，其特征在于：所述步骤2中旋转关系矩阵为，p系为导航坐标系，t系为“栅格东，栅格北，天”坐标系。

如上所述的导航参数解算方法，其特征在于：所述步骤3中栅格航向参数为，其中为栅格航向，为惯导输出地理航向。

如上所述的导航参数解算方法，其特征在于：所述步骤4中栅格速度参数为， 其中为栅格东向速度和为栅格北向速度，为导航坐标系（p系）Z轴相对于地理坐标系（g系）Z轴的方位角。

本发明的主要特点如下：

（1）本方法不改变惯导系统的硬件结构，在原有导航参数解算模块中加入本发明方法的解算模块，解算极区导航参数，因此方便在现有惯导系统中直接应用，且该方法既可以输出地理航向、速度信息，又可以输出栅格航向、速度信息。

（2）一定时间内，本发明解算的栅格航向精度优于地理航向精度。

（3）一定时间内，本发明解算的栅格速度精度优于地理速度精度。

（4）椭球面栅格线在极区高斯投影图上为直线，大圆航线几乎被投影成栅格恒向线，本发明解算的信息便于航行人员航行监控和航行绘算。

附图说明

图1为本发明的椭球面栅格航向基准模型示意图；

图2为本发明的惯导系统极区导航参数解算框图；

图3为地理航向误差和栅格航向误差仿真比较曲线图；

图4为地理北向速度误差和栅格北向速度误差仿真比较曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明是建立在椭球面栅格航向基准模型的基础上，该模型为惯导系统极区导航参数解算方法提供航向基准，需对椭球面栅格航向基准模型的某些特性进行研究。该模型的特性主要包括：

（1）椭球面栅格线的定义；

（2）椭球面栅格航向基准的定义；

（3）椭球面栅格航向基准与地理航向基准的关系。