[发明专利]一种大飞机INS/GNSS全球组合导航方法

说明书

本发明属于导航技术领域，公开了一种大飞机INS/GNSS全球组合导航方法，适用于大飞机全球飞行导航。本发明以地理坐标系、格网坐标系下的组合导航滤波器为基础，并基于空间直角坐标表示大飞机在高纬度地区的位置，以此建立了系统误差状态及其协方差矩阵在两个导航坐标系之间的转换关系，设计了滤波状态稳定的组合导航滤波器，解决了坐标系转换过程中的滤波状态跳变问题，并实现位置坐标在高纬度地区的平滑输出，满足了大飞机的全球飞行需求。

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及INS/GNSS组合导航方法，特别涉及一种大飞机INS/GNSS全球组合导航方法，适用于大飞机全球飞行导航。

背景技术

近年来，随着大飞机制造业的不断进步，大飞机正逐步具备全球飞行能力，能够完成全球不同区域、不同纬度地区的飞行，这就对大飞机的全球导航能力提出了要求。另一方面，随着近年来全球气候变暖及人类对两极地区探索的逐步加强，包含高纬度地区在内的大圆飞行为飞行航线优化设计提供了更多可能，飞机的大圆航线能够有效降低燃油消耗，这对于环境保护具有十分重要的意义。

为了保证大飞机的全球导航能力，需要借助多种导航手段，目前比较常用的手段是Inertial Navigation System/Global Navigaiton Satellite System(INS/GNSS)组合导航系统。惯性导航具有自主性强的特点，但其误差随着导航时间的增长而发散；卫星导航具有长期定位精度高、误差不累积的特点，但其易受干扰，不具有自主性。惯性导航与卫星导航构成组合导航系统能够充分利用两种导航手段的优点，因此备受航空飞行器青睐。大飞机出现之前，由于对全球导航能力的要求不高，INS/GNSS组合导航系统只需要具备中低纬度地区的导航能力即可，无需考虑高纬度地区导航能力。而目前，大飞机全球飞行能力发展的需求对现有的INS/GNSS组合导航系统的提出了新要求，但考虑到INS/GNSS组合导航系统的服役周期，尚不能将已装备的INS/GNSS组合导航系统完全替换，需要以比较小的代价实现现有系统的升级改造。

一段时间以来，国内外诸多机构、学者对大飞机全球导航方法进行了研究，但目前的研究主要关注的还是在高纬度地区的区域导航能力，忽视了大飞机飞行过程的连续性，事实上导航过程也需要在全球的不同地区之间转换。目前，在中低纬度地区，大飞机组合导航算法一般在当地水平地理坐标系下设计，在高纬度地区一般在格网坐标系下设计。当大飞机在两个地区之间连续飞行时，组合导航算法需要在不同坐标系之间转换，以实现组合导航滤波器的一致估计，避免滤波状态震荡，而这正是现有方法忽视的地方。

本发明针对目前存在的问题，提出一种大飞机INS/GNSS全球组合导航方法，以地理坐标系、格网坐标系下的组合导航滤波器为基础，并基于空间直角坐标表示大飞机在高纬度地区的位置，以此建立了系统误差状态及其协方差矩阵在两个导航坐标系之间的转换关系，设计了滤波状态稳定的组合导航滤波器，解决了坐标系转换过程中的滤波状态跳变问题，并实现位置坐标在高纬度地区的平滑输出，满足了大飞机的全球飞行需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：解决大飞机全球飞行过程中导航坐标系转换导致的滤波不稳定问题，实现系统误差状态的平滑过渡，提高导航精度，为大飞机安全可靠飞行提供更加准确的导航信息。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

一种大飞机INS/GNSS全球组合导航方法，包括以下步骤：

(1)确定大飞机高纬度飞行区域的导航坐标系及位置表示方式，包括如下步骤：

(1.1)确定大飞机高纬度地区飞行时的导航坐标系，高纬度地区导航坐标系确定为格网坐标系，其中，格网坐标系的定义为：格网平面平行于格林尼治子午面，其与大飞机位置点处切平面的交线为格网北向，地理北向与格网北向的夹角为格网角，以顺时针为正；格网天向与当地地理坐标系天向相同，其与格网东向、北向一起构成右手直角坐标系；将格网角σ表示为