[发明专利]一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及惯性导航技术领域，特别是涉及一种基于横向游移坐标系的惯性导航方法。

背景技术

传统的惯性导航理论都是针对低纬度区域设计的。现实中，一般在纬度小于65度的区域均能正常工作；在南极和北极附近，由于经纬度的分布特点，传统的惯性导航理论和方法存在一定的缺陷。传统的地理坐标系g下的惯性导航机械编排在极区导航时，航向角误差与经度误差随着纬度的增加而急剧变大，已不能满足航行需要。一些文献提出建立横向地球模型，用横向地理坐标系g'进行导航，可以解决极区导航问题。但是在捷联式惯导系统中，需要考虑不同纬度地区切换时复杂的逻辑设计与不同导航坐标系各参数之间的转换关系；在平台式惯导系统中，需要操作复杂的物理平台切换。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法，用于解决现有的惯性导航系统中存在的不同纬度地区切换的逻辑复杂、坐标系参数转换复杂以及物理平台转换复杂等诸多不便的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法，建立横向地球椭球模型并在此基础上建立横向地球椭球坐标系e′、横向地理经纬度和横向地理坐标系g′，然后基于横向地理坐标系g′建立横向游移坐标系T；

所述横向游移坐标系T的原点位于运载体质心，Z_T轴沿运载体质心所在当地的地理垂线方向并指向天，X_T轴与Y_T轴垂直并且均在运载体质心所在当地的水平面内，X_T、Y_T轴、Z_T轴构成右手坐标系，其中X_T轴、Y_T轴组成的水平轴相对于横向地理坐标系g′的水平轴之间存在一个变化的横向游移方位角β，所述横向游移方位角β＝p+α，其中p为地理坐标系g和横向地理坐标系g'在当地水平面上的夹角，α为游移坐标系中的游移方位角；

设定导航初始时刻的横向游移方位角β为此时当地地理坐标系g和横向游移坐标系T的夹角；导航开始后，将地理坐标系g下的导航参数转换到横向游移坐标系T下，使得导航以横向游移坐标系T作为导航坐标；然后，根据惯性测量单元提供实时陀螺和加速度计测量值进行姿态、速度、位置以及横向游移方位角β的更新解算，获得横向游移坐标系T下的实时导航参数；最后，根据运载体所在位置选择导航参数的输出途径，若运载体在极区，则将导航参数在横向地理坐标系g′中进行输出，若运载体在非极区，则将导航参数在地理坐标系g中输出。

本发明基于地球椭球模型，并引入全新的横向游移坐标系T作为导航坐标系进行姿态、速度、位置更新，同时为了迎合用户的使用习惯，有针对性地选择导航参数的输出途径，在非极区选择在地理坐标系g中输出，在极区选择在横向地理坐标系g′中，保证了导航过程中的精度；同时由于巧妙选取横向游移坐标系T的初始时刻的横向游移方位角β，使得初始导航时刻的横向游移坐标系T恰好为地理坐标系g，使得本发明中提出的横向游移坐标系T和传统意义上的游移坐标系虽然在原理上是不同坐标系，但是在物理上是同一个坐标系，由此避免了在全球性的导航时捷联式惯导系统复杂的逻辑设计与不同导航坐标系各参数间转换关系，解决传统导航方法在极区不适用问题，减小了航向、经度误差，能够满足航行要求；并且在平台式惯导系统中，避免了复杂的物理导航平台切换操作。

进一步的，在本发明中，所述横向地球椭球模型的长半轴和短半轴分别为R_e和R_p，且地心坐标系采用WGS-84坐标系；

所述横向地球椭球坐标系e′的原点O位于地心，X_e′轴穿过北极点，Y_e′轴穿过本初子午线与赤道的交点，X_e′轴和Y_e′轴垂直相交组成横向赤道平面X_e′OY_e′，Z_e′轴穿过东经90°子午线与赤道的交点且将该交点定义为横向北极点N'；