[发明专利]一种基于全面最优校正的SINS/CNS组合导航系统及其导航方法

摘要

本发明提出一种基于全面最优校正的SINS/CNS组合导航系统及其导航方法，属于组合导航技术领域。该组合导航系统包括天文导航子系统、惯性导航子系统和信息融合子系统；该导航方法包括：基于星光折射的解析天文定位、导航系统状态方程建立、导航系统量测方程的建立和基于卡尔曼滤波的组合导航系统信息融合。本发明利用星光折射间接敏感地平的基本原理和大视场星敏感器可以同时观测多颗恒星的特点，将星光折射间接敏感地平方法应用于不满足轨道动力学模型的飞行器，解决了天文导航系统高精度自主地平的问题。且本发明充分利用天文导航系统的位置和姿态信息，对SINS误差进行全面最优校正，显著地提高了组合导航精度。

主权项

一种基于全面最优校正的SINS/CNS组合导航系统，其特征在于：包括天文导航子系统、惯性导航子系统和信息融合子系统；天文导航子系统和惯性导航子系统为信息融合子系统提供位置、姿态信息，信息融合子系统为惯性导航子系统提供估计误差；所述天文导航子系统，包括大视场星敏感器、大气折射模型、数字滤波器、天文定位单元和天文定姿单元；大视场星敏感器将观测到的星光折射角提供给大气折射模型；大气折射模型根据星光折射角计算折射恒星的视高度，并将其提供给数字滤波器；数字滤波器对视高度信息进行降噪处理，并将处理后的信息发送给天文定位单元；天文定位单元利用基于星光折射间接敏感地平的解析天文定位方法得到位置信息和地平信息；天文定姿单元利用大视场星敏感器提供的惯性姿态信息和天文定位单元提供的地平信息确定姿态信息；该大视场星敏感器是采用数学仿真同时观测多颗恒星，直接输出飞行器的惯性姿态信息和折射恒星的星光折射角；该大气折射模型是国际参考大气（CIRA）1986，利用该大气折射模型根据星光折射角计算出折射恒星的视高度；该数字滤波器是二阶数字低通滤波器；该天文定位单元是利用视高度信息计算飞行器的位置；该天文定姿单元是直接利用惯性姿态信息和地平信息计算飞行器相对于导航坐标系的姿态信息；所述惯性导航子系统，包括惯性测量单元和SINS解算单元；INS解算单元利用惯性测量元件的输入解算出飞行器的位置和姿态信息；并利用信息融合子系统提供的估计误差对SINS导航误差进行校正；该惯性测量单元是由三个加速度计和三个陀螺仪组成，测量飞行器的加速度和角速度；该SINS解算单元是SINS解算过程，利用飞行器的加速度和加速度信息计算飞行器的位置、速度和姿态导航信息；所述信息融合子系统，包括失准角计算单元和卡尔曼滤波器；失准角计算单元利用天文导航子系统和惯性导航子系统提供的姿态信息求得平台失准角，并提供给卡尔曼滤波器；卡尔曼滤波器以SINS误差方程为状态方程，以位置误差和平台失准角作为观测量进行卡尔曼滤波，得到平台失准角、位置误差和陀螺仪漂移误差的估计值；该失准角计算单元是根据惯性导航子系统和天文导航子系统姿态输出的误差角计算系统的失准角；该卡尔曼滤波器采用标准卡尔曼滤波算法，以SINS误差方程为状态方程，以位置误差和平台失准角作为观测量，对平台失准角、位置误差和陀螺仪漂移误差进行估计。