[发明专利]基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法、系统、终端、介质

说明书

本发明属于垂线偏差测量技术领域，公开了一种基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法、系统、终端、介质，用姿态差对惯导解算中的重力项进行垂线偏差补偿，在消除垂线偏差误差的同时又引入了特性明确的常值误差、缓变误差和周期误差；把缓变误差建模为一阶高斯马尔科夫过程，周期误差作为输入，建立垂线偏差补偿后的SINS/GNSS组合导航方程，针对系统噪声变化的问题，将渐消记忆Kalman滤波用于状态估计，估计出的姿态不受垂线偏差影响，以该姿态作为姿态基准与垂线偏差未补偿时SINS/GNSS组合解算的姿态做差，差分结果即为垂线偏差。

技术领域

本发明属于垂线偏差测量技术领域，尤其涉及一种基于姿态差分补偿的垂 线偏差测量方法、系统、终端、介质。

背景技术

目前，由于地球形状不规则，内部质量不均匀，真实重力与正常重力并不 相等，两者之间的差异称为重力扰动，包括重力异常和垂线偏差。精确的垂线 偏差数据在大地水准面确定、地震监测、工程勘测、空间探测、国防安全、国 家综合PNT体系构建等领域都有重要价值。

基于捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)和全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)组合的垂线偏差测 量是一种正在研究中的垂线偏差测量方案。目前常用的基于SINS/GNSS组合的 垂线偏差测量方法主要分为直接求差法和建模估计法。直接求差法基于比力方 程，它将加速度计测量的比力与GNSS测量的惯性加速度做差以得到重力矢量， 然后通过简单的数学运算计算出垂线偏差；建模估计法通过在SINS误差方程中 引入垂线偏差，并对垂线偏差进行建模，然后利用GNSS提供的参考信息结合 Kalman滤波器对垂线偏差进行估计。

当用直接求差法求解垂线偏差时，需要利用方向余弦矩阵将比力从载体系 转换到导航坐标系，这意味方向余弦矩阵的误差会影响到垂线偏差的计算。但 方向余弦矩阵的计算误差又受垂线偏差的影响，这形成一个难以打破的闭环。 建模估计法恢复出的垂线偏差的精度取决于重力模型与真实重力矢量的符合程 度。高精度的垂线偏差需要高精度的重力场模型，但实际工作中较难提前获知 未知区域的重力场模型特征。因此，亟需一种新的基于姿态差分补偿的垂线偏 差恢复方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的直接求差法中，方向余弦矩阵的计算误差又受垂线偏差的影响， 这形成一个难以打破的闭环。

(2)现有的建模估计法中，高精度的垂线偏差需要高精度的重力场模型， 但实际工作中较难提前获知未知区域的重力场模型特征。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)误差控制；

(2)高精度重力场模型获取。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提供了一种新的垂线偏差测量方法， 它既解除了方向余弦矩阵计算误差与垂线偏差的耦合，又不需要对未知垂线偏 差进行建模，避免了模型不准确误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于姿态差分补偿的垂线偏 差测量方法、系统、终端、介质。

本发明是这样实现的，一种基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法，所述 基于姿态差分补偿的垂线偏差测量方法包括以下步骤：

步骤一，利用SINS和GNSS进行组合导航，解算出姿态旋转矩阵

步骤二，利用SINS中的陀螺组件Gyros和GNSS进行组合，解算出姿态旋 转矩阵

步骤三，用和进行差分，所述差分结果包含垂线偏差和特征明确的 Gyros/GNSS姿态误差项；