[发明专利]一种重力辅助惯性导航系统仿真平台

说明书

本发明公开了一种重力辅助惯性导航系统仿真平台。本发明仿真平台包括重力场背景图模块、适配区选取模块、航迹规划模块、惯性导航模块、重力匹配模块、修正模块、界面显示模块和接口定义文档；本发明定义各程序之间接口，只要将数据调整成接口格式，即可使用整个平台进行仿真或半实物仿真，保证仿真数据、实际测试数据的有效衔接。仿真平台各个模块可以串联顺序使用，也可以单独使用，根据输入输出及接口格式编写所需测试的新算法，加入相应模块中进行测试，方便各部分进行理论和方法的验证，减少了实际试验的时间和成本。此外，本发明能够仿真多种误差因素，使仿真评估结果更逼近真实结果，提高了重力辅助惯性导航系统研究的有效性。

技术领域

本发明涉及导航、制导与控制技术领域，具体涉及一种重力辅助惯性导航系统仿真平台。

背景技术

惯性导航系统由于能够实时地为载体提供位置、速度、姿态等导航定位信息，在陆、海、空、天各类载体中广泛应用。对于水下航行器等长航时载体，惯性导航系统的误差随时间发散，不能满足导航需求。而海洋重力测量具有无源性且重力信息稳定，重力辅助惯性导航成为水下自主导航的研究热点。随着对重力辅助惯性导航系统研究的深入，需要进行大量的研究测试工作。实际测试存在周期长、成本高、不能分离各类误差源进行单项测试等问题。为了解决这一问题，设计基于重力辅助的仿真平台是一种有效途径。现有对重力辅助惯性导航的研究是分别对惯性导航系统与重力辅助系统两部分进行研究，然而重力辅助系统的主要目的是修正惯性导航误差，目前两者没有有效结合在一起。并且，各程序模块间接口无法匹配，缺乏系统性，仿真条件过于理想，也无统一评价标准，导致效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种重力辅助惯性导航系统仿真平台，能够将惯性导航系统与重力辅助系统有效结合，并克服了现有技术各程序模块间接口无法匹配，系统性差的问题，减少研究测试中所耗费的时间和成本，提高重力辅助惯性导航系统的研究效率。

本发明的重力辅助惯性导航系统仿真平台，包括：重力场背景图模块、适配区选取模块、航迹规划模块、惯性导航模块、重力匹配模块、修正模块、界面显示模块和接口定义文档；

其中，重力场背景图模块根据重力异常测量值对当前区域的重力场背景图进行插值重构；

适配区选取模块根据重力场背景图中重力异常值的变化程度，对重力场背景图进行区域划分，选取出适合水下载体航行的适配区；

航迹规划模块对水下载体的航迹进行规划，使水下载体的航迹经过所有适配区；同时，在各适配区内，航迹经过适配区内重力异常值变化剧烈的点；

惯性导航模块根据规划的轨迹，生成水下载体的惯性导航系统数据，并进行定位解算；

重力匹配模块对惯性导航模块输出的定位结果与重力场背景图模块输出的重力场背景图进行匹配，确定重力匹配点；

修正模块根据重力匹配点对惯性导航系统的定位结果进行修正，输出修正后的位置；

界面显示模块用于显示各模块的输出结果；

接口定义文档用于定义并统一各模块的输入、输出的格式。

较优的，重力匹配模块包括匹配范围子模块和相关计算子模块；

其中，匹配范围子模块根据重力测量数据绘制等值线带范围，根据惯性导航模块的定位位置绘制圆概率半径范围，等值线带范围与圆概率半径范围的交集即为匹配范围；匹配范围内的重力背景图中的网格交点即为候选匹配点；

相关计算子模块一方面对候选匹配点的重力值进行相关计算，另一方面利用惯性导航系统定位结果的轨迹对候选匹配点进行轨迹形状相关计算；根据重力值相关计算结果和轨迹形状相关计算结果确定最终的重力值匹配点。

较优的，轨迹形状相关计算时，以惯性导航系统定位结果的轨迹的斜率作为轨迹形状模板进行轨迹形状相关计算。