[发明专利]空天地一体化飞行器的光纤惯导系统及光纤惯导在轨对准方法

说明书

本发明公开一种惯导在轨的对准方法，适用于空天地一体化飞行器，该方法包括以下步骤：根据飞行器惯导的加表数据、GNSS速度信息判断空天地一体化飞行器处于在轨状态；利用惯导系统接收到的星敏感器信息、GNSS信息和与惯导解算的姿态、速度和位置信息构造滤波量测量，通过卡尔曼滤波器完成飞行器在轨的姿态、速度和位置初值的装订；同时对空天地一体化飞行器惯导系统在轨对准故障机制进行分析，给出判断阈值。本发明有效解决了空天地一体化飞行器光纤惯导系统入轨初始姿态、速度和位置的确定问题，且提供故障判断机制，对准精度高，工程易于实现。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体的说，涉及一种空天地一体化飞行器的光纤惯导系统在轨对准方法。

背景技术

空天地一体化飞行器，兼具航空和航天两种平台的功能，既可以像普通飞机一样在大气层内作高超声速飞行,又能够像火箭、卫星一样进入太空，并能够灵活地进行轨道机动飞行。空天地一体化飞行器具有可重复使用、发射费用低、可维修性和周转时间、灵活机动性等革命性进步，还具有极大的军事潜力，是未来控制空间、争夺制天权的首选武器装备平台。

空天地一体化飞行器整个飞行任务跨越航空、航天两个不同领域，当空天地一体化飞行器入轨时，飞行器速度非常快且加速度计敏感的比力基本为零，若因意外导致飞行器惯导重启，惯导无法通过常规的初始自对准方式确定初始姿态，需寻求新的“对准策略”完成飞行器惯导在轨过程中初始姿态、速度和位置的确定。

近年来公开发表的文献中对常规地面罗经对准的研究较多，但对与飞行器在轨对准研究基本没有，如何解决飞行器入轨初期导航精度较差或飞行器惯导重启导致初始姿态、速度和位置无法确定问题还缺乏相应的技术方案。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：针对飞行器在轨的特殊空间环境，提供一种空天地一体化飞行器的光纤惯导系统及光纤惯导在轨对准方法，解决飞行器入轨初期导航精度较差或飞行器惯导重启导致初始姿态、速度和位置无法确定问题。

本发明提供了一种惯导在轨的对准方法，应用于空天地一体化飞行器，包括如下步骤：

S1,空天地一体化飞行器的惯导对三个陀螺和三个加表进行中断采样，利用采集的陀螺和加计数据进行姿态更新、速度更新和位置更新，实时解算获得飞行器的姿态、速度和位置信息，同时周期性接收外界GNSS数据和星敏感器数据；

S2,空天地一体化飞行器的惯导根据采集的加计数据和GNSS速度信息判断飞行器是否处于在轨状态，且在轨对准起始时刻保证GNSS数据和星敏感器数据同时有效；

进一步地，判断飞行器是否处于在轨状态包括如下情况，

判断条件A1：上述飞行器速度很大且所述惯导加速度计敏感到的加速度较小，GNSS的速度信息v1000(m/s)且所述惯导比力信息f＜3(m/s²)。

S3,在S2步骤有效的前提下，利用接收到的星敏感器信息和GNSS信息，与飞行器惯导姿态、速度和位置信息，构造卡尔曼量测量，通过卡尔曼滤波器进行在轨对准；

进一步地，上述测量过程包括，

先选取北-东-地坐标系为导航参考系(n系)，前-右-下坐标系为载体坐标系(b系)，惯性坐标系为i系；

通过卡尔曼滤波，获得在轨对准结束时刻捷联惯导(SINS)姿态、速度和位置的初值，选择误差状态为，姿态失准角φⁿ，速度误差δv_in_ns，位置误差δp_ins陀螺常值零偏ε^b，

加速度计常值偏置▽^b。

更进一步地，上述卡尔曼滤波过程包括，

建立15维卡尔曼滤波器状态变量