[发明专利]一种基于凝固载体坐标系的惯导初始姿态解算方法

说明书

一种基于凝固载体坐标系的惯导初始姿态解算方法，根据凝固载体系下重力矢量绕地轴进行旋转的运动规律和陀螺输出，对加表量测数据进行投影在初始时刻载体坐标系内投影点进行空间圆拟合，空间圆圆心矢量即为地轴在凝固载体系下的表述，根据地轴、重力矢量、地理北向之间的三角关系得到对应时刻的地理坐标系，从而得到导航坐标系与载体坐标系之间的旋转矩阵，实现晃动基座的粗对准。同现有技术相比相比的优越性在于：不需要知道对准点得到精确经纬度；通过数据拟合，充分利用对准数据减轻了角晃动产生的误差影响，大幅度提高了对准精度水平；减少了姿态矩阵的链乘次数，算法未用到正常重力场下重力的描述，可以消除因重力的扰动造成的对准误差。

技术领域

本发明属于地球物理、大地测量、自主定向技术领域，涉及一种基于凝固载体坐标系 的惯导初始姿态解算方法。

背景技术

初始对准是确定载体坐标系与参考导航坐标系之间相对空间方位的过程，常用的导航 坐标系有东—北—天地理坐标系(适用于地球表面导航)、地心惯性坐标系(常用于星际 导航)等，初始对准的精度直接关系到后续导航定位精度的高低。

传统的对准方法包括双矢量定姿、凝固坐标系对准、多矢量对准等，其思路均为观察 不同矢量在两个坐标系的不同表征来完成初始对准，矢量的选择通常包括单一时刻的重力 矢量、不同时间段的重力矢量叠积分以及地球自转角速度等，其对准过程均需要知道精确 的地理纬度，从而得到不同时刻重力矢量在地理坐标系内的表达，但实际情况下，精确的 地理纬度往往无法得知。在正常重力模型中，我们通常认为重力矢量在地理坐标系内的表 达为[0 0 -g]，其中g的大小根据正常重力模型进行计算，而真实重力矢量在地理坐标 系下的表述往往不等于[0 0 -g]，二者之间存在重力异常，也因此在初始对准过程中引入了误差，该误差可以等效为加速度计的偏值误差，导致粗对准精度不高。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种在未知纬度的情况下，不采用正常重 力模型下的地理坐标系表述方式，直接通过矢量空间计算来得到地理坐标系在载体坐标系 下的表述，完成初始对准的凝固载体坐标的惯导初始姿态确定方法。

现将本发明方法构思及技术解决方案叙述如下：

本发明的基本构思是：根据凝固载体系下重力矢量绕地轴进行旋转的运动规律，根据 陀螺输出，对加表量测数据进行投影在初始时刻载体坐标系内，并对投影点进行空间圆拟 合，空间圆圆心矢量即为地轴在凝固载体系下的表述，根据地轴、重力矢量、地理北向之 间的三角关系得到对应时刻的地理坐标系，从而得到导航坐标系与载体坐标系之间的旋转 矩阵，实现晃动基座的粗对准。

根据上述构思，本发明提供一种基于凝固载体坐标系的惯导初始姿态解算方法，其特征在于：在未 知纬度情况下，通过将加表测量重力矢量投影在凝固载体坐标系内，并进行空间矢量的运算来构建对应 时刻的地理坐标系，从而达到对准目的；在进行重力矢量数据处理时，使用空间圆拟合的方法来对投影 后的重力矢量进行处理，从而减小加表测量误差产生的误差影响，由于没有使用[0 0 -g]^T的重力 表述，规避了地理坐标系下的重力矢量的表述，从而减小重力异常对初始对准的影响，具体包括如下 步骤：

步骤1：以地理系“东—北—天”为导航坐标系n，载体坐标系定义为b系，将初始 时刻的载体系进行凝固，称之为b₀系；根据陀螺输出进行姿态更新，将对准时间内的加速 度计测量矢量投影至b₀系，同时得到矩阵

步骤2：在b₀系内对加速度测量矢量进行空间圆拟合，完成数据处理，进行空间圆拟 合主要实现减小加速度计测量随机漂移、常值漂移的误差影响并得到拟合圆圆心；

步骤3：根据重力矢量的旋转锥面特性，拟合圆的圆心矢量即为地轴在b₀系的投影， 重力矢量与地轴与该时刻的地理北向构成一直角三角形，利用该三角形关系可以得到该时 刻的地理北向重力矢量反向即为天向轴地理东向即为对应的即为矩阵