[发明专利]极区双航海惯性导航系统定位信息融合方法

说明书

本发明针对极区内双航海惯性导航系统缺少信息融合，主惯导故障情况下损失定位精度的问题，公开了极区双航海惯性导航系统定位信息融合方法。对双航海惯性导航系统的误差方程在极区内格网坐标系下进行了重新编排，建立了双航海惯性导航系统在极区内的联合误差状态方程和观测方程，对单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统的陀螺漂移、加速度计零偏进行估计，并根据极区内单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统的定位误差预测模型对其确定性定位误差进行预测补偿，使得作为主惯导的双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统故障情况下的定位精度依然可以保证，在保证高可靠性的条件下，进一步提升巡航舰船在极区内的导航定位能力。

技术领域

本发明涉及一种极区航海惯性导航系统定位信息融合方法，特别是一种极区双航海惯性导航系统定位信息融合方法，属于惯性导航领域。

背景技术

极区蕴含了极其丰富的油气资源，同时也处于重要的战略位置。随着极区重要性的日益凸显，以美国、俄罗斯为代表的各个大国加快了对南北极的考察研究。公开报道表明，美国、俄罗斯两国舰船多次在极区进行巡航。对我国而言，加强舰船在极区的巡航将增加我国在该地区的话语权。对于在极区巡航的现代舰船导航系统而言，必须具备高可靠性、高精度、长航时导航的能力。受极区气候、磁场等外部环境的影响，卫星导航、天文导航的使用受到了不同程度的限制，这种情况下，惯性导航系统的定位精度、可靠性成为了决定舰船极区导航能力的重要因素。但是由于极区处于地球的两端，经线迅速收敛，导致相对经线建立航向参考越来越困难，传统的在地理坐标系编排的航海惯性导航系统在极区将无法工作，需要在其它的可用坐标系下重新进行编排。

激光陀螺旋转调制航海惯性导航系统由于其特有的优势已成为很多现代舰船的标准装备，目前装备的旋转调制航海惯性导航系统分为单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统和双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统。单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统只有方位轴旋转机构，可以调制水平方向惯性器件确定性误差的影响，但却不能调制方位轴惯性器件确定性误差的影响；双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统存在方位轴旋转机构和横滚轴旋转机构，可以调制所有方向惯性器件确定性误差的影响，因此其定位精度相较于单轴而言更高，但由于其多出的横滚轴旋转机构及其它配套电子设备，造价相对更高，可靠性也低于单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统。为满足极区巡航舰船对惯性导航系统高可靠性的要求，同时综合考虑到系统的定位精度、成本等因素，单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统和双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统备份配置是一种理想方案，并且已被多类舰船采用。此种情况下，以定位精度相对更高的双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统作为主惯导系统，正常情况下由其提供导航定位结果；一旦双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统故障，由可靠性更高、作为热备份系统的单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统继续提供导航定位信息，但此时不可避免的要损失一定的定位精度。目前的配置情况下，两套系统间缺少信息融合，只能保证主惯导设备正常情况下的定位精度，主惯导设备故障情况下热备份系统的定位精度将会损失。

因此，要实现极区双航海惯性导航系统定位信息融合重点需要解决：1.旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统误差方程在极区内可用坐标系下的重新编排2.极区内双航海惯性导航系统定位信息融合，实现单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统定位精度的提升，即使作为主惯导的双轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统发生故障，单轴旋转调制激光陀螺航海惯性导航系统的定位精度依然可以保证，并与主惯导设备正常情况下的定位精度相当，在保证高可靠性的条件下，进一步提升巡航舰船在极区内的导航定位能力3.解决舰船由非极区向极区航行时双航海惯性导航系统的联合误差状态及其协方差在不同导航坐标系下的转换问题，以证联合状态卡尔曼滤波器平稳运行。

发明内容