[发明专利]一种惯导/北斗组合导航的半实物仿真方法

权利要求书

1.一种惯导/北斗组合导航的半实物仿真方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤1、将惯导/北斗组合系统安装到载体上，并上电启动；

步骤2、装订初始参数，包括初始的经度、纬度、高度至导航计算机；

步骤3、载体保持静止，采集保存1小时陀螺和加速度计的输出数据；求取陀螺和加速度计的输出数据的平均值，将采集的陀螺和加速度计数据分别与其平均值作差，得到陀螺和加速度计的实际噪声；

步骤4、载体保持静止，惯导进行5分钟静态初始对准；

步骤5、完成对准后载体开始运动，运动过程中惯导进行惯性导航计算，采集并保存开始运动后50秒内惯导输出的载体位置即经度、纬度、高度以及北斗接收机输出的伪距值、伪距率值、卫星位置数据；

步骤6、由采集的卫星位置和载体位置计算得到伪距参考值、伪距率参考值，将计算得到的伪距参考值、伪距率参考值分别与北斗接收机输出的伪距值、伪距率值作差，得到北斗伪距噪声和伪距率噪声；

步骤7、设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态，由设定仿真轨迹中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值；利用轨迹发生器生成加速度计的标准值、陀螺的标准值；并给定加速度计和陀螺的标度误差、零偏、失准角误差；给定北斗的伪距误差值、伪距率误差值；将这些数据与步骤3、步骤6中得到的噪声数据融合，得到用于惯导/北斗组合导航半实物仿真的器件模拟数据，然后采用这些模拟数据进行惯导/北斗组合导航仿真。

2.根据权利要求1所述的一种惯导/北斗组合导航的半实物仿真方法，其特征在于：步骤3中所述的“得到陀螺和加速度计的实际噪声”，其实现过程说明如下：

采集1小时陀螺x、y、z三个轴输出的数据分别为ω_x(i)，ω_y(i)，ω_z(i)，平均值分别为加速度计x、y、z三个轴输出的数据分别为a_x(i)，a_y(i)，a_z(i)，平均值分别为定义w_g(i)为陀螺噪声，w_a(i)为加速度计噪声，其中i＝1…n；

陀螺噪声计算公式如下：

加速度计噪声计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的一种惯导/北斗组合导航的半实物仿真方法，其特征在于：步骤6中所述的“得到北斗伪距噪声和伪距率噪声”，其实现过程说明如下：

北斗接收机至少要选取4颗卫星才能解算出载体的位置和钟差，所以要保存四颗星的伪距、伪距率和卫星位置；载体开始运动，采集得到了50秒内北斗四颗卫星的伪距分别为伪距率分别为惯导输出的载体所在位置的经度为λ(i)，纬度为L(i)，高度为h(i)，在空间直角坐标系下位置为(x(i) y(i) z(i))^Τ，其中i＝1...n；

经纬高转换直角坐标计算公式如下：

x(i)＝(R_N+h(i))cos L(i)cos λ(i)

y(i)＝(R_N+h(i))cos L sin λ(i)

z(i)＝[R_N(1-e²)+h(i)]sin L(i) 

式中R_N为卯酉圈曲率半径；

由采集到的四颗卫星在空间直角坐标系下的位置和惯导输出的载体位置(x(i) y(i) z(i))^Τ计算得到伪距参考值计算公式如下：

由伪距参考值和北斗接收机采样时间Δt计算得到伪距率参考值计算公式如下：

北斗四颗卫星的伪距噪声为计算如下：

伪距率噪声为计算如下：

4.根据权利要求1所述的一种惯导/北斗组合导航的半实物仿真方法，其特征在于：步骤7中所述的“得到用于惯导/北斗组合导航半实物仿真的器件模拟数据，然后采用这些模拟数据进行惯导/北斗组合导航仿真”，其实现过程说明如下：

设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态，由设定仿真轨迹中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值；利用轨迹发生器生成加速度计的标准值、陀螺的标准值；并给定加速度计和陀螺的标度误差、零偏、失准角误差；给定北斗的伪距误差值、伪距率误差值；将这些数据与步骤3、步骤6中得到的噪声数据融合，得到用于惯导/北斗组合导航半实物仿真的器件模拟数据，然后采用这些模拟数据进行惯导/北斗组合导航仿真；

定义：设定仿真轨迹中载体位置为(L_t(i) λ_t(i) h_t(i))^Τ，

在空间直角坐标系中的位置为(x_t(i) y_t(i) z_t(i))^Τ；仿真设定的北斗四颗卫星的位置分别为 仿真计算得到的北斗四颗卫星的伪距标准值分别为伪距率标准值分别为给定的伪距误差值为δt_u，伪距率误差值为δt_ru；加速度计x、y、z三个轴的标准值分别为a_tx(i)，a_ty(i)，a_tz(i)；加速度计x、y、z三个轴的标 度误差分别为δK_ax、δK_ay、δK_az；加速度计的失准角误差为δM_axy、δM_axz、δM_ayx、δM_ayz、δM_azx、δM_azy；加速度计x、y、z三个轴的零偏分别为δB_ax、δB_ay、δB_az；陀螺x、y、z三个轴的标准值分别为ω_tx(i)，ω_ty(i)，ω_tz(i)；陀螺x、y、z三个轴的标度误差分别为δK_gx、δK_gy、δK_gz；陀螺的失准角误差为δM_gxy、δM_gxz、δM_gyx、δM_gyz、δM_gzx、δM_gzy；陀螺x、y、z三个轴的零偏分别为δB_gx、δB_gy、δB_gz；陀螺x、y、z三个轴的噪声分别为w_gx(i)，w_gy(i)，w_gz(i)；加速度计x、y、z三个轴的噪声分别为w_ax(i)，w_ay(i)，w_az(i)；北斗四颗卫星的伪距噪声分别为伪距率噪声分别为其中i＝1...n；经纬高转换直角坐标计算公式如下：

x_t(i)＝(R_N+h_t(i))cos L_t(i)cos λ_t(i)

y_t(i)＝(R_N+h_t(i))cos L_t(i)sin λ_t(i)     (i＝1…n)

z_t(i)＝[R_N(1-e²)+h_t(i)]sin L_t(i) 

式中R_N为卯酉圈曲率半径；

由设定仿真轨迹中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值，计算公式如下：

由仿真设定的北斗采样时间Δt和计算得到北斗的伪距标准值得到伪距率标准值，计算公式如下：

由计算得到的伪距标准值、伪距率标准值，给定伪距误差值、伪距率误差值以及提取的北斗四颗卫星的伪距噪声、伪距率噪声，得到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据；

用于组合导航半实物仿真的伪距计算式如下：

用于组合导航半实物仿真的伪距率计算公式如下：

由计算得到的陀螺、加速度计标准值，给定的陀螺、加速度计零偏、标度误差、失准角误差以及提取的陀螺、加速度计的噪声，综合得到用于组合导航半实物仿真的陀螺、加速度计数据；

用于组合导航半实物仿真的陀螺数据计算公式如下：

用于组合导航半实物仿真的加速度计数据计算公式如下：

采用上述得到的北斗伪距数据ρ_Bf、北斗伪距率数据加速度数据a_f、陀螺数据ω_f，结合由仿真轨迹中给定的载体初始位置、初始姿态、初始速度，进行组合导航半实物仿真。