[发明专利]一种基于逆坐标系的极区传递对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于逆坐标系的极区传递对准方法，可用于舰船的舰载武器高纬度以及在极区的发射和舰船在极区的能源勘测导航。

背景技术

传递对准技术是动基座初始对准的一种，传递对准涉及到两套惯导系统。在舰船上或者飞机上，都会安装一套高精度的惯导系统，作为舰船、飞机的主惯导系统(MainInertial Navigation System简写为MINS)。舰载武器装备以及机载导弹等都有自己的一套惯导系统，通常它们的精度不是很高，相对于主惯导系统把它们称为子惯导系统(Slave Inertial Navigation System简写为SINS)。在捷联式惯性导航系统中，初始对准就是确定捷联矩阵的初值，传递对准就是利用高精度主惯导系统的导航信息来校准未对准的子惯导系统，来确定子惯导系统的捷联矩阵初值。

传递对准主要可以分为两大类：计算参数匹配和测量参数匹配。常用的匹配方法有：速度匹配法、比力匹配法、角速度匹配法、姿态匹配法、位置匹配法等，其中速度和位置匹配法是目前较为成熟的传递对准匹配方法，已经应用在了很多武器装备上。此外还有复合参数匹配方法如：速度加角速度匹配法、速度加姿态匹配法等，目前来看速度加姿态匹配法是迄今为止匹配速度最快的一中匹配方法，也叫做快速传递对准。

速度加姿态匹配传递对准是迄今为止对准速度最快的一种匹配方法。速度加姿态匹配利用了混合参数信息进行匹配，提高了系统的可观测度。速度加姿态匹配传递对准结合了速度误差匹配和姿态差匹配的特点，在对准时运载体不需要长做长时间的机动，只需要配合做机抖动作就能完成对准。而且对准时间短，在10秒内姿态精度可达到1mrad以下。因此速度加姿态匹配传递对准也叫做快速传递对准，由于对准时间短,对准精度高，快速传递对准在战术武器中的应用越来越受到研究人员的重视。速度加姿态匹配传递对准在姿态匹配的基础上引入速度信息，以主、子惯导系统的速度误差和姿态差作为观测量，通过卡尔曼滤波估计出主、子惯导系统之间的安装误差角。

极区导航是一种在极区附近进行载体定位导航技术。当船舶在极区附近航行时，应用传统的经纬度坐标系对舰船进行定位会有很大的困难。在极区经度线会快速的收敛，舰船在作东西航行时，经度的变化率很大，这就要求给方位陀螺仪施加过大的控制力矩。舰船如果作南北航行时，穿越极点，航向会作180°转变。所以在极点，方向就失去了意义。以传统的经纬度坐标系设计的导航系统也就无法在高纬度地区有效地工作。为了克服基于传统经纬度坐标系设计的惯导系统无法有效工作的问题，出现了自由方位惯导系统和游移方位惯导系统。但是在计算位置和指令角速率时，仍然具有尤其是当纬度接近或等于90°时，对于计算机而言，会产生过满溢出，导致计算机停机。因此解决极区导航定位，需要重新考虑坐标系的建立。

发明内容

本发明解决的关键问题是，在进行极区导航时，对于传统坐标系下的传递对准方法不能够在高纬度以及极区附近进行传递对准的不足，提出了一种基于逆坐标系的极区传递对准方法，通过建立逆坐标系，将传统坐标系下的基本导航信息换算到逆坐标系下，建立基于逆坐标系的地理坐标系，根据传统的传递对准的匹配方法，推导出基于逆坐标系的速度加姿态匹配对准的速度误差微分方程和主子惯导的失准角微分方程，克服了舰船在进行极区导航时，基于传统地理坐标系的传递对准方法不再适用的问题，大大的提高了舰船导航系统在高纬度以及极区附近的实现传递对准的可行性。

本发明的技术方案为：

一种基于逆坐标系的极区传递对准方法，建立一个新的坐标系——逆坐标系，结合传统坐标系的传递对准匹配方法，建立基于逆坐标系的速度加姿态匹配传递对准的微分方程，建立速度加姿态匹配的状态方程和量测方程，利用卡尔曼滤波方法得到载体在高纬度以及极区附近航行进行传递对准时主子惯导之间的失准角估计值。首先通过建立基于逆坐标系的新的地理坐标系，将传统坐标系下的高纬度以及极区转化为逆坐标系下的中低纬度区域，利用数学几何的思想，将传统坐标系下载体的位置、航向信息换算到逆坐标系下，利用获得的相关导航信息，以速度加姿态匹配的快速传递对准方法，推导基于逆坐标系下的极区传递对准微分方程，建立速度误差和主子惯导失准角的微分方程，建立卡尔曼滤波模型对主子惯导的失准角进行滤波估计，在一定程度上克服了舰船在极区无法进行传递对准的问题，提高了极区传递对准的精度。

具体的步骤如下：

(1)建立逆坐标系，根据坐标转换的原理将传统的地球坐标系转化为逆坐标系；

(2)建立基于逆坐标系下的新的地理坐标系；