[发明专利]基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法

说明书

本发明公开了一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法，用于解决现有虚拟极区方法导航验证效果差的技术问题。技术方案是在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换完成虚拟极区建模。本发明通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换，使虚拟极点同时具备地球自转与重力矢量平行和经线快速收敛两大特征，提高了模型完整性；在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，并考虑地球曲率影响，能够保证转换前后载体相对地面的姿态和速度信息不发生变化，提高了模型的真实性和建模精度，达到在极地进行真实试验的效果。

技术领域

本发明涉及一种虚拟极区方法，特别涉及一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法。

背景技术

试验验证对极区导航算法的评估具有重要意义。由于地理位置、交通工具、气候、经费和实验条件的限制，研究人员很难到达高纬度地区进行实际外场试验。而纯数学仿真方法又很难真实反应载体的动力学模型和外部环境的影响，不能得到全面的验证结论。另一种有效的途径是，将中低纬度地区的真实试验数据通过数学方法转换至极区，以完成极区导航算法的验证，这种方法即称为虚拟极区技术。

文献“虚拟极区技术在惯性系统极区导航中的应用研究，光学陀螺及系统技术发展与应用研讨会论文集，2016，p69-73”公开了一种基于横向经纬度的虚拟极区方法。该方法借助地球坐标系下的矩阵变换，可将地球表面的任意点设置为虚拟极点，并给出了虚拟地理经纬度、虚拟航向和虚拟格网航向计算方法。但是，文献所述方法仅针对极区经线收敛这一特点进行了建模，而忽略了重力加速度和地球自转共线这一重要因素，未考虑惯性传感器数据的重构，因此虚拟方法是不全面的。此外，按照文献所述的直接转换方法，由于地球曲率差异的影响，非极区的水平飞行将被转换成为极区内的爬升或下降运动，导致气压高度数据也无法使用，影响导航验证的效果。

发明内容

为了克服现有虚拟极区方法导航验证效果差的不足，本发明提供一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法。该方法在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换完成虚拟极区建模。本发明通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换，使虚拟极点同时具备地球自转与重力矢量平行和经线快速收敛两大特征，提高了模型完整性；在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，并考虑地球曲率影响，能够保证转换前后载体相对地面的姿态和速度信息不发生变化，提高了模型的真实性和建模精度，达到在极地进行真实试验的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、参考信息转换。

定义b为载体坐标系，坐标轴指向载体的右前上方向；g为地理坐标系，坐标轴指向当地位置的东北天方向；定义G为格网坐标系，坐标轴y_G与格林威治子午线平行；i和e定义为传统的惯性坐标系和地球坐标系。

在非极区的外场试验中，将惯性/卫星组合导航的结果作为参考信息，包含地理坐标系下的姿态矩阵速度v^g和位置p^g。地理系位置包括经度、纬度和高度信息，即p^g＝[λL h]^T。将地理系的姿态矩阵和速度转换至格网坐标系：

式中，和v^G为相对格网坐标系的姿态矩阵和速度，为格网角转换矩阵

式中，σ为格网角，并且

将和v^G直接作为虚拟极区轨迹中的姿态矩阵和速度，极区位置信息通过求解微分方程获得