[发明专利]一种长航时惯导/天文全球组合导航方法

说明书

本发明属于导航技术领域，公开了一种长航时惯导/天文全球组合导航方法，适用于航海、航空领域的全球导航航行。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船、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；以CNS提供的姿态信息为观测量，对RINS的姿态误差进行估计校正，并能保证导航过程自主性。此外，设计的滤波器采用了开环结构，能够保证RINS、CNS系统导航信息的独立性，满足了大船、大飞机的全球安全可靠航行。

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及惯性/天文组合导航方法，特别涉及一种长航时惯导/天文全球组合导航方法，适用于航海、航空领域的全球导航航行。

背景技术

近年来，航海、航空制造业进步迅速，大船、大飞机逐步在军民领域得到了越来越多的应用。对于大船、大飞机而言，安全可靠的全球导航能力是衡量其先进性的重要指标。为此，在大船、大飞机导航系统设计时，需要对导航系统的设计问题进行针对性研究。

大船、大飞机对导航的精度指标、可靠性有更高的要求，需要着重考虑这两方面的因素。近年来，旋转调制惯导(Rotational Inertial Navigation System,RINS)在航海、航空等长航时领域得到了越来越多的应用，旋转调制惯导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，但其存在长期定位误差发散的问题，需要外界其它导航系统的辅助才能抑制误差发散问题；天文导航系统(Celestial Navigaiton System,CNS)能够提供载体的姿态信息，具有长期稳定性高、误差不累积的特点，并且天文导航系统具备导航自主性，不受电磁环境影响，但天文导航系统存在易受天气因素影响的缺点，并且不能提供全部的导航参数；旋转调制惯导与天文导航系统结合起来构成RINS/CNS组合导航系统是一种十分理想的方案，具有完全的自主性、优势明显，但须针对可靠、全球导航进行特别设计。

现有针对大船、大飞机全球导航的研究主要关注的仅仅是在高纬度地区的区域导航能力，对大船、大飞机在不同纬度、不同区域之间的连续航行过程缺少足够认识。目前，在中低纬度地区，RINS/CNS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。当大船、大飞机在两个地区之间连续航行时，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CNS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，提出一种长航时惯导/天文全球组合导航方法，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船、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；以CNS提供的姿态信息为观测量，对RINS的姿态误差进行估计校正，并能保证导航过程自主性。此外，设计的滤波器采用了开环结构，能够保证RINS、CNS系统导航信息的独立性，满足了大船、大飞机的全球安全可靠航行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：提供完全自主的全球导航方案，解决大船、大飞机全球航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天文导航系统的独立性，并且实现位置坐标在高纬度地区的平滑输出，为大船、大飞机安全可靠航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：

一种长航时惯导/天文全球组合导航方法，包括以下步骤：