[发明专利]一种基于惯性系重力特性的船载星敏感器定位方法

说明书

技术领域

本发明属于导航定位领域，尤其涉及一种基于惯性系重力特性的船载星敏感器定位方法。

背景技术

星敏感器作为一种应用较为广泛的天体敏感器，能够输出所安装载体相对惯性空间的高精度姿态，是目前精度最高的姿态敏感器件。由于该类传感器具有全自主导航、精度高等特点，被广泛应用于卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器上。也同样是因为这一特点，近年来，星敏感器被逐渐引入到航海领域，成为一种新型船用导航传感器。船用星敏感器的基本原理是在星敏感器输出惯性系姿态信息基础上，引入载体水平姿态，经解算获得载体位置，达到导航的目的。由此可见，引入载体水平姿态的精度很大程度上影响着星敏感器的定位精度，即影响系统导航性能。因此，如何获得可靠性好、精度高的水平姿态基准是船载星敏感器导航定位的热点和趋势。

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是常见的可以提供水平姿态的装置，因此，船载星敏感器定位的传统方法中，多采用INS为星敏感器提供水平姿态。“Control and Decision”期刊于2012年第27卷第11期由Lai,JiZhou等人发表的“SINS/CNS tightly integrated navigation positioning algorithm with nonlinear filter”一文中，通过建立基于高度方位角、平台误差角和水平位置的信息模型，将天文导航系统(Celestial Navigation System，CNS)的高度方位角作为量测量，设计INS/CNS深组合导航定位算法，但该方法仅适用于高海拔的无人机系统，对于低海拔的舰载系统并不适用。“Journal of Chinese Inertial Technology”期刊于2013年第21卷第4期由Yang,ShuJie等人发表的“New celestial assisted INS initial alignment method for lunar explorer”一文中，分析了定位误差对平台误差角和高度角测量的影响，提出一种新的基于天体测量高度的INS/CNS深组合导航算法，克服CNS中水平基准的局限性，但对于长航时的舰载系统，测量天体的高度无疑更加大了导航作业的难度。公告号CN103604428A的中国发明专利“基于高精度水平基准的星敏感器定位方法”中，通过将惯性导航系统和星敏感器组合，得到星敏感器定位所需要的水平基准信息，实现星敏感器定位技术，但是该发明会将惯导随时间累积的水平姿态误差耦合在星敏感器的位置信息中，影响导航定位精度；“中国惯性技术学报”2014年第22卷第6期由杨淑洁等人撰写的“一种航天飞行器的INS/CNS自主导航方案”，提出了一种新颖的基于星光折射技术的INS/CNS自主组合导航方案，虽然该文献利用星光折射技术摆脱了水平基准精度制约，但是却以非线性惯导误差传播方程作为系统状态方程，提高了滤波算法的难度。以上文献都是有关星敏感器定位技术的研究，但所用方法都是利用INS提供水平姿态，势必引入INS中随时间积累的发散式误差。对于长航时的船载星敏感器，提供稳定、独立且高精度的外部水平姿态基准才是导航定位技术的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高导航精度的，一种基于惯性系重力特性的船载星敏感器定位方法。

一种基于惯性系重力特性的船载星敏感器定位方法，包括以下步骤，

步骤一：通过全球定位GPS系统采集载体位置信息，并装订至导航计算机中；

步骤二：获取星敏感器实时输出的载体系到惯性系转换矩阵角标b表示载体系，角标i表示地心惯性系；

步骤三：采集加速度计输出的比力信息f^b；

步骤四：利用星敏感器输出载体系到惯性系转换矩阵将加速度计比力f^b投影转换至惯性系内，即

步骤五：确定惯性系相对地球系的转换矩阵

步骤六：设计自适应数字滤波器，在惯性系内的加速度计比力fⁱ中提取惯性系重力加速度其中，分别为gⁱ在惯性系各轴上的分量，k≥0，表示k时刻，N为滤波器阶数，w(k)为自适应数字滤波器系数矩阵；

步骤七：利用得到的重力加速度gⁱ，计算重力加速度gⁱ在赤道面的漂移角度α和重力加速度gⁱ与赤道面的夹角β；

步骤八：确定惯性系相对导航系的转换矩阵