[发明专利]基于卫星导航接收机的GNSS和MIMU组合导航航向角估计方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到组合导航系统领域，特指一种适用于航空、航天等高动态条件下的GNSS和MIMU组合导航的航向角估计方法。

背景技术

全球卫星导航系统GNSS（Global Navigation Satellite System）具有全天候、连续的、实时的精密三维导航与定位能力，在个人定位服务、气象预报、道路交通、铁路交通、海运和水运、航空运输、应急救援以及武器制导等民用和军用领域极具应用价值；但缺点是动态性能较差、易受电磁干扰、卫星信号易被遮挡等。最成熟、常用的GNSS系统是美国的全球定位系统GPS（Global Positioning System）。捷联惯性导航系统SINS（Strapdown Inertial Navigation System）是一种既不依赖于外部信息，又不发射信息的自主式导航系统，具有隐蔽性好、抗干扰能力强等优点，缺点是导航误差随时间累积。由微惯性测量单元MIMU（MEMS based Inertial Measurement Units）构成的SINS由于具有成本低、全固态、可靠性高、抗冲击性好、体积小、功耗低等优势，成为近二十多年来惯性技术领域的研究热点。将GNSS接收机与MIMU进行组合可以达到取长补短的效果，即可以充分利用MIMU短期精度高、不受外界干扰和卫星导航长期精度高的优点，克服MIMU长期精度低和卫星导航系统动态性能较差、易受干扰的缺点，进而在精度和可靠性方面可以获得比单独使用任何一种导航设备都优良的性能。

众所周知，SINS进行导航解算前需要对位置、速度、姿态角进行初始化，其中对于姿态角的初始化过程称为“对准”。对准一般分为自对准和传递对准两类，高精度SINS才能实现自对准，低精度SINS一般采用传递对准。传递对准指在运动平台上利用较高精度的捷联惯性导航系统（称为主惯导）信息实现较低精度的捷联惯性导航系统（称为子惯导）初始对准的过程。传递对准作为低精度捷联惯性导航系统工作中的一个重要步骤，其精度和时间直接制约低精度捷联惯性导航系统的性能，因此也对整个系统的综合导航性能有着重要影响。

在GNSS/MIMU组合导航系统应用过程中，一般采用传递对准的方法实现导航系统航向角的确定。但是，传递对准需要实时得到主惯导或基准系统的导航信息，难以满足航空、航天日益迫切的高性价比等应用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、处理速度快、精度高、计算量小、自主性强的基于卫星导航接收机的GNSS和MIMU组合导航航向角估计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于卫星导航接收机的GNSS和MIMU组合导航航向角估计方法，其步骤为：

（1）利用卫星导航接收机获取可见卫星星历信息、接收机与可见卫星间的相对速度、相对加速度矢量和载体位置、速度信息，计算得到载体加速度矢量；

（2）建立SINS在地心地固坐标系中的比力测量方程，根据卫星导航接收机测量得到的载体加速度矢量和MIMU中加速度计的测量值，采用动态调平计算水平姿态角；

（3）根据比力测量方程，利用卫星导航接收机测量得到的加速度矢量、加速度计的测量值、计算得到的水平姿态角、速度矢量和当地重力矢量，求解得到航向角信息。

作为本发明的进一步改进：所述步骤（1）中的载体加速度矢量a_r是由卫星导航接收机的输出信息计算得到，计算式为：