[发明专利]一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传递对准方法，特别是一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法。

背景技术

潜航器遂行作战任务之前，由舰船将其带入指定地点，然后将其投放；之后，潜航器利用其自身惯性导航设备在多普勒测速仪辅助下进行自主导航。潜航器布放前其惯性导航系统的初始对准，可以选择采用组合导航初始对准的方式进行自对准，也可以以舰船惯导系统或移动基准惯导系统为主惯导系统进行传递对准。

采用组合导航自对准方式时不需要舰船惯导系统提供数据，但动基座环境下自对准通常需要较长时间才能完成初始对准过程，难以达到快速对准的要求。为了满足快速对准的需求，目前国内外多采取了利用主惯导或移动基准惯导系统(MINS)为信息源辅助子惯导系统(SINS)进行传递对准，这就需要主惯导系统实时与子惯导系统进行一段时间的测量参数匹配或者导航参数匹配，这种传递对准方法存在的问题是：不能实现主惯导或移动基准惯导与潜航器的快速分离，影响潜航器的快速布放，战场环境下，不仅影响潜航器作战效能的发挥，还会对携带潜航器进入战场环境的移动基准载体的生存能力构成威胁，并且按传统传递对准方式逐一进行传递对准，难以实现短时间同时布放多个潜航器的任务。因此，寻找一种能实现移动基准惯导与潜航器惯导快速分离，同时能够保证潜航器惯导对准精度，且能实现一次性多潜航器布放的传递对准方式具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有传递对准方法在保证潜航器惯导对准精度的条件下，不能实现移动基准惯导与潜航器惯导的快速分离，且不能实现一次性多潜航器布放的问题，提出了一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法。

该方法只需移动基准惯导在初始对准开始时刻提供潜航器惯导系统方位信息及概略的水平姿态信息后，潜航器随即布放入水，其惯导系统在多普勒测速仪的速度信息辅助下估计惯性系下的初始水平姿态误差和当前的速度误差，进行组合导航自对准。由于水平姿态误差和速度误差可通过卡尔曼滤波快速收敛，可实现移动基准惯导与潜航器惯导快速分离，且能满足短时间投放较多数量潜航器的快速对准要求。

为实现本发明所采取的技术解决方案是：

一种初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准方法，包含以下步骤：

步骤一：移动基准惯导(MINS)对每一个潜航器惯导(SINS)装订初始位置(包括初始经度λ₀、初始纬度L₀)、初始速度初始姿态信息(包括准确的方位角存在误差的俯仰角与横滚角)，装订完成后，潜航器与移动基准分离；

其中，t₀表示对准初始时刻，表示潜航器相对于地球的速度在地理坐标系n系下的投影，地理坐标系n系定义为北向-东向-地向(N-E-D)，地球坐标系e系的原点位于地心，e_z轴沿地球自转轴方向，e_x轴在赤道平面内指向格林威治子午线，e_y轴与另外两轴构成右手正交坐标系；

表示惯性坐标系系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵，系由对准初始时刻载体坐标系b系与惯性空间固联得到(相对惯性空间固定不动)，系由对准初始时刻n系与惯性空间固联得到(相对惯性空间固定不动)，载体坐标系b系轴向沿载体横滚轴-俯仰轴-偏航轴(前-右-下)；

步骤二：潜航器惯导(SINS)建立姿态更新方程、速度更新方程、位置更新方程分别如下：

姿态更新方程：

其中，

n₀系定义为对准初始时刻的地理坐标系，相对地球表面固定不动，不随导航系统在地球表面运动而运动；

为对准初始时刻导航系n₀系到当前时刻导航系n系的方向余弦矩阵；

为惯性坐标系系到对准初始时刻导航系n₀系的方向余弦矩阵；

为惯性坐标系系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵；

为载体坐标系b系到惯性坐标系系的方向余弦矩阵；

速度更新方程：

其中，

t_k-1、t_k分别表示第k-1、k个潜航器速度更新时刻，为对应的速度，f^b为加表比力输出，为t_k-1时刻相应的方向余弦矩阵，Δt＝t_k-t_k-1为惯导更新时间间隔，为地理系下的地球自转角速度，为地理系下的转移角速度，为地理系下的重力；

位置更新方程：