[发明专利]考虑飞行可靠性的长航时旋转惯导/卫星组合导航方法

说明书

本发明属于导航技术领域，公开了考虑飞行可靠性的长航时旋转惯导/卫星组合导航方法，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，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，能够实现滤波状态的稳定平滑过渡，避免坐标系转换过程中的滤波状态跳变问题。此外，设计的滤波器采用了开环结构，能够保证RINS、GNSS系统导航信息的独立性，满足了长航时飞机的全球安全可靠飞行。本发明解决了长航时飞机全球飞行过程中，由于导航坐标系转换带来的组合导航滤波器震荡问题，有效提高导航精度。本发明设计滤波器能够保证RINS、GNSS导航信息的独立性，避免GNSS信息受干扰情况下影响RINS工作的独立性。

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及惯性/卫星组合导航方法，特别涉及考虑飞行可靠性的长航时旋转惯导/卫星组合导航方法，适用于长航时飞机的全球飞行导航。

背景技术

近年来，飞机制造业得到了迅猛发展，特别是长航时飞机技术日趋进步，其在军民领域都得到了越来越多的应用，在民用领域，典型代表是大型客运飞机，在军用领域，典型代表是大型运输机、轰炸机。相较于一般飞机，长航时飞机具有以下几个典型特点：1.对飞行时长要求很高，要具备长时间不间断飞行能力；2.对飞行可靠性要求比较高，要具备安全、可靠飞行能力；3.近年来又对全球全纬度飞行提出了新的要求，要具备全球导航能力。

导航系统是长航时飞机十分重要的信息系统之一，其为长航时飞机提供准确、实时的导航信息以保障飞行过程。鉴于长航时飞机对飞行可靠性、全球导航能力有更高的要求，在设计长航时飞机导航系统时需要着重考虑这两方面。旋转调制惯导(RotationalInertial Navigation System)能够抵消惯性器件的确定性误差，进而提高导航精度，相较于一般的纯捷联惯导，其导航精度可以提高一个数量级；卫星导航系统(GlobalNavigaiton Satellite System)具有长期定位精度高、误差不累积的特点，但其存在易受干扰、不具有自主性的缺点；旋转调制惯导与卫星导航系统结合起来构成RINS/GNSS组合导航系统是一种十分理想的方案，但必须针对长航时飞机全球、可靠飞行的应用特点，对RINS/GNSS组合导航系统进行特别设计。

长航时飞机全球飞行需要解决目前现有研究忽视的飞行连续性问题，现有研究主要关注的仅仅是在高纬度地区的区域导航能力，对长航时飞机在不同纬度、不同区域之间的连续飞行过程缺少足够认识。目前，在中低纬度地区，RINS/GNSS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。当长航时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，而这正是现有技术忽视的地方。另一方面，为了保证导航信息的可靠性，在设计组合导航算法时，要保证RINS与GNSS之间信息的独立性，传统的闭环反馈滤波方法难以适用。

本发明针对目前存在的问题，提出一种考虑飞行可靠性的长航时旋转惯导/卫星组合导航方法，以地理坐标系、格网坐标系下的组合导航滤波器为基础，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，能够实现滤波状态的稳定平滑过渡，避免坐标系转换过程中的滤波状态跳变问题。此外，设计的滤波器采用了开环结构，能够保证RINS、GNSS系统导航信息的独立性，满足了长航时飞机的全球安全可靠飞行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：解决长航时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，并且同时保证旋转调制惯导系统与卫星导航系统的独立性，为长航时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：

考虑飞行可靠性的长航时旋转惯导/卫星组合导航方法，包括以下步骤：

(1)确定长航时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：