[发明专利]一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法

说明书

本发明提供了一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法，包括：步骤S1：利用星敏感器对单个已编目的空间目标进行观测，根据观测图像获取观测的空间目标在星敏感器像平面的坐标；步骤S2：获取观测的空间目标相对于星敏感器的方向矢量；步骤S3：构建组合导航系统模型：以飞行器的位置、速度、姿态、加速度计偏置和陀螺仪漂移为状态量构建状态方程；以观测的空间目标相对于星敏感器的方向矢量为观测量构建测量方程；步骤S4：利用滤波算法获得飞行器的导航状态量估计值，并利用获得的加速度计偏置和陀螺仪漂移的估计值对惯性导航进行修正。本发明的方法解决了现有技术中根据星光折射信息对惯导修正存在导航精度不高的弊端。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法。

背景技术

临近空间飞行器是指运行于临近空间的一类飞行器，包括飞艇、高空气球、高空无人机、滑翔飞行器等。临近空间飞行器具有覆盖范围广、反应时间短、续航时间久等独特优势，在环境探测、灾害评估等领域具有广泛的应用前景。自主导航技术是临近空间飞行器自动化、智能化运行的关键，对于增强临近空间飞行器的任务执行能力具有重要意义。

目前常用飞行器自主导航技术主要包括惯性导航和卫星导航。惯性导航具有完全自主性的独特优势，但惯性导航的系统误差会随运行时间不断增大，无法独立支持临近空间飞行器的长期自主运行。卫星导航可以提供高精度的导航定位服务，但由于卫星导航信息易被干扰，导致其不具备完全的自主性。

因此，将惯性导航和卫星导航相结合的组合导航技术应运而生。现有组合导航技术中，利用星光折射信息对惯导加速度计偏差（即加速度计偏置）进行修正。但是，由于星光折射信息受大气模型误差影响较大，难以提供精准的惯导修正信息，使得组合导航系统的精度受到严重制约。

综上所述，急需一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法，旨在解决现有组合导航技术采用星光折射信息对惯导进行修正，存在导航精度不高的问题，具体技术方案如下：

一种基于惯导和卫星方向矢量的组合导航方法，包括以下步骤：

步骤S1：利用星敏感器对单个已编目的空间目标进行观测，根据观测图像获取观测的空间目标在星敏感器像平面的坐标；

步骤S2：获取观测的空间目标相对于星敏感器的方向矢量；

步骤S3：构建组合导航系统模型：以飞行器的位置、速度、姿态、加速度计偏置和陀螺仪漂移为状态量构建状态方程；以观测的空间目标相对于星敏感器的方向矢量为观测量构建测量方程；

步骤S4：利用滤波算法获得飞行器的导航状态量估计值，并利用获得的加速度计偏置和陀螺仪漂移的估计值对惯性导航进行修正。

以上技术方案中优选的，所述步骤S2具体是：根据观测的空间目标在星敏感器像平面的坐标以及星敏感器光轴在惯性空间中的指向，计算得出观测空间目标的天球坐标，记为；

则观测空间目标相对于星敏感器的方向矢量表示为：

，

其中，为观测空间目标k时刻的赤经，为观测空间目标k时刻的赤纬。

以上技术方案中优选的，利用观测图像中的背景恒星与恒星星表进行匹配，获得星敏感器光轴在惯性空间中的指向。

以上技术方案中优选的，所述步骤S1中，观测的空间目标在已知空间目标编目数据库中的编号为已知。

以上技术方案中优选的，所述步骤S3中，状态方程的构建具体如下：