[发明专利]一种基于发射坐标系的水下航行体导航方法

说明书

本发明公开一种基于发射坐标系的水下航行体导航方法，步骤包括：1)对系泊状态下的水下航行体进行初始对准，得到航行体姿态角初始值；2)初始对准后，置横滚角初始值为0°。3)发射水下航行体，并解算水下航行体在航行过程中的姿态角。本发明可以在水下航行体系泊状态下朝天轴周期性旋转以及发射后3个姿态角角度变化都可能超过90°的情况下，解决航行体在发射坐标系下的导航解算问题。

技术领域

本发明涉惯性导航领域，具体是一种基于发射坐标系的水下航行体导航方法。

背景技术

在某些特定的水下航行体运动轨迹测试应用中，水下航行体初始位置无法确定，需要测试出航行体相对于发射起始点的运动轨迹和相对位置信息。实际测试中，航行体在发射起始点处于系泊状态， X、Y、Z三个姿态轴(X、Y、Z三个姿态轴符合右手定则)定义如图1所示。在初始对准过程中，航行体处于系泊状态，X轴会发生周期性的旋转。在发射后的航行过程中，X轴会由朝天方向逐渐变成朝水平方向(角度变化超过90°)，Y轴或者Z轴中的某一个轴向会逐渐变成朝天或者朝地的方向(角度变化超过90°)。上述情况会导致在初始对准时无法获取准确的X轴方向初始角度信息，同时水下航行体在发射后的运动轨迹会使得姿态角发生大范围变化，而在惯性导航领域，姿态角的定义一般遵循如下的定义域：航向角俯仰角θ＝[-90°,90°]，横滚角γ＝(-180°,180°]。综上所述，要想获得航行体相对于发射起始点的运动轨迹和相对位置信息，必须解决该情况下的初始对准问题才能得到3个姿态角初始值。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于发射坐标系的水下航行体导航方法，包括以下步骤：

1)对系泊状态下的水下航行体进行初始对准，得到航行体姿态角初始值。

姿态角包括航向角、横滚角和俯仰角。

在系泊状态下，航行体初始对准中的一个水平姿态角为航向角初始值，另一个水平姿态角作为俯仰角初始值，天向轴方向姿态角作为横滚角初始值。

获取航行体姿态角初始值的方法包括捷联惯导自主对准方法。

2)初始对准后，置横滚角初始值为0°。

3)发射水下航行体，并解算水下航行体在航行过程中的姿态角。

解算水下航行体在航行过程中的姿态角的步骤包括：

3.1)建立坐标系，包括水下航行体本体坐标系oX_bY_bZ_b和导航系 oX_nY_nZ_n。

水下航行体本体坐标系oX_bY_bZ_b的X_b轴与航行体纵轴重合，且X_b轴正方向指向头部。

水下航行体本体坐标系oX_bY_bZ_b的Y_b轴在航行体纵向对称面内，与X_b轴垂直，正方向指向上。

水下航行体本体坐标系oX_bY_bZ_b的Z_b轴与X_b轴、Y_b轴成右手坐标系。

导航系oX_nY_nZ_n为发射坐标系，取水下航行体所在地域的水平坐标系，以发射点为原点。