[发明专利]一种捷联惯导系统模拟器的设计方法

权利要求书

1.一种捷联惯导系统模拟器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、依据设定好的运动轨迹，根据运动学原理，生成v系相对n系的角速度和加速度a^v；表示v系相对于n系的地球自转角速度变化投影到v系的向量,a^v表示v系相对于n系的加速度变化投影到v系的向量；设定好的运动轨迹是由多个轨迹段拼接而成，每个轨迹段由轨迹矩阵设定；轨迹矩阵的第一列代表所在行设置的轨迹类型；对应了选定轨迹类型，该行的其余参数将按照该轨迹类型特定的参数设定方式设定该轨迹参数；

步骤2、将和a^v转化为v系相对i系的角速度和比力和基于以下公式：

是从v系到n系的方向余弦矩阵，是从b系到n系的方向余弦矩阵，是从v系到b系的方向余弦矩阵，是从n系到v系的方向余弦矩阵；

表示e系相对于i系的旋转角速度在n系下的投影向量，ω_e是地球自转角速度，其值为15deg/h；是当地纬度；

表示n系相对于e系的旋转角速度在n系的投影向量，v_E、v_N分别为n系下的东向和北向的速度，R_M、R_N分别为子午圈曲率半径和卯酉圈曲率半径，h为高程；

表示e系相对于i系的旋转角速度在v系的投影向量，表示n系相对于e系的旋转角速度在v系的投影向量；

g^v表示重力加速度在v系的投影向量，gⁿ表示重力加速度在n系的投影向量；

为科里奥利力在n系的投影，为科里奥利力在v系的投影，vⁿ为n系下的速度向量；

表示v系相对于i系的旋转角速度在v系的投影向量，表示v系相对于i系的比力在v系的投影向量；

步骤3、首先将和结合得和其次将和在v系内加入真实运动得和再结合得和最后在b系内加入IMU误差，即可构成含仿真场景误差和IMU误差的IMU输出和

步骤4、结合前一历元的导航信息和步骤S3所得和进行惯导机械编排解算，推算出当前历元的导航信息，包含位置、速度、姿态，即可得到平滑且准确的仿真轨迹信息。

2.根据权利要求1所述的一种捷联惯导系统模拟器的设计方法，其特征在于，步骤1中，依据设定好的运动轨迹，根据运动学知识和角速度、加速度的梯形积分来推算v系相对n系的角速度和加速度。

3.根据权利要求1所述的一种捷联惯导系统模拟器的设计方法，其特征在于，步骤3中，在v系内加入仿真场景误差和在b系中加入IMU误差。

4.根据权利要求1所述的一种捷联惯导系统模拟器的设计方法，其特征在于，步骤4中，依据步骤3得到的和进行积分得到角度和速度增量信息，采用惯导机械编排算法来给出平滑、准确的仿真轨迹；其本质是采用成熟精确的惯导机械编排算法来保障仿真数据的自洽，仿真数据包括IMU数据和轨迹真值。

5.根据权利要求1所述的一种捷联惯导系统模拟器的设计方法，其特征是：所述步骤1中，设定好的运动轨迹是由下面10种运动中的一种或者几种运动拼接而成，每种运动均用一个一行七列的矩阵来表示，第一列表示运动类型，后面六列描述该种运动的运动特征；详细的描述如下：

数字1：静止或匀速直线运动第一列用1表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，后面五列均用0表示；

数字2：匀加速直线运动第一列用2表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示该种运动的加速度大小，第四列表示该种运动的加速度轴线，后面三列均用0表示；

数字3：指定时间内加速到指定速度，整个过程加速度呈梯形变化的运动第一列用3表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是目标速度的大小，第四列表示该种运动的加速度轴线，后面三列均用0表示；

数字4：指定时间内转弯指定角度，整个过程角速度呈梯形变化的运动第一列用4表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是当前线速度，第四列表示向心加速度的轴线，第五列用0表示，第六列表示旋转总角度，第七列表示旋转轴线；

数字5：加速度正弦交变的直线运动第一列用5表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是加速度的幅值，第四列表示的是加速度的轴线，第五列表示的是加速度的变化周期，第六列和第七列用0表示；

数字6：角速度正弦交变的运动第一列用6表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是当前线速度，第四列表示向心加速度的轴线，第五列表示角速度的正弦变化周期，第六列表示角速度的幅值，第七列表示旋转轴线；

数字61：角速度余弦交变的运动第一列用61表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是当前线速度，第四列表示向心加速度的轴线，第五列表示角速度的余弦变化周期，第六列表示角速度的幅值，第七列表示旋转轴线；

数字7：匀速圆周运动的第一列用7表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是当前线速度，第四列表示向心加速度的轴线，第五列用0表示，第六列表示的是角速度大小，第七列表示旋转轴线；

数字8：角速度从某个值线性变化到另一个值的运动第一列用8表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列表示的是当前线速度，第四列表示向心加速度的轴线，第五列表示的是角速度起点，第六列表示的是角速度终点，第七列表示旋转轴线；

数字9：加速度从某个值线性变化到另一个值的直线运动的第一列用9表示，第二列用该运动持续的时间长度来描述，第三列用0表示，第四列表示该种运动的加速度轴线，第五列表示的是加速度起点，第六列表示的是加速度终点，第七列用0表示。