[发明专利]一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法

摘要

本发明公开了一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法。该方法包括如下步骤建立横向地球椭球坐标系、横向地理坐标系及横向游移坐标系，设定初始导航时刻的传统地理坐标系为初始横向游移坐标系，以横向游移坐标系作为捷联惯导系统的导航坐标系进行机械编排；基于横向游移坐标系的惯性导航编排方式解决了在极地地区因为经线收敛造成的基于地理坐标系的捷联算法失效问题。同时，在低纬度地区亦采取游移方位机械编排，两者结合，保证了全球导航时解算算法的内在统一性，在捷联式惯导系统中，避免了不同纬度地区切换时的逻辑设计与不同导航坐标系各参数间转换关系；在平台式惯导系统中，避免了操作复杂的物理平台切换。

主权项

一种基于横向游移坐标系的极区惯性导航方法，其特征在于：建立横向地球椭球模型并在此基础上建立横向地球椭球坐标系e′、横向地理经纬度和横向地理坐标系g′，然后基于横向地理坐标系g′建立横向游移坐标系T；所述横向地球椭球模型的长半轴和短半轴分别为Re和Rp，且地心坐标系采用WGS‑84坐标系；所述横向地球椭球坐标系e′的原点O位于地心，Xe′轴穿过北极点，Ye′轴穿过本初子午线与赤道的交点，Xe′轴和Ye′轴垂直相交组成横向赤道平面Xe′OYe′，Ze′轴穿过东经90°子午线与赤道的交点且将该交点定义为横向北极点N'；所述横向地理经纬度按照如下方法设定：对于地球表面的任意一点P，所述P点在横向赤道平面Xe′OYe′内的投影为M点，以P点所在位置的旋转椭球面的法线为当地的地理垂线，地理垂线与Xe′轴的交点为Q；所述地理垂线与横向赤道平面Xe′OYe′的夹角L′为P点的横向地理纬度；从正Ze′轴向负Ze′轴方向来看，自Xe′轴按逆时针方向转到QM所转过的角λ′为P点的横向地理经度；所述横向地理坐标系g′的原点位于运载体质心，Zg′轴沿运载体质心所在当地的地理垂线方向并指向天，XT轴与YT轴垂直并且均在运载体质心所在当地的水平面内，其中Yg′轴沿运载体质心所在处的横向地理经线的切线方向指向横向北极点，Xg′轴、Yg′轴、Zg′轴构成右手坐标系；所述横向游移坐标系T的原点位于运载体质心，ZT轴沿运载体质心所在当地的地理垂线方向并指向天，XT轴与YT轴垂直并且均在运载体质心所在当地的水平面内，XT、YT轴、ZT轴构成右手坐标系，其中XT轴、YT轴组成的水平轴相对于横向地理坐标系g′的水平轴之间存在一个变化的横向游移方位角β，所述横向游移方位角β＝p+α，其中p为地理坐标系g和横向地理坐标系g'在当地水平面上的夹角，α为游移坐标系中的游移方位角；设定导航初始时刻的横向游移方位角β为此时地理坐标系g和横向地理坐标系g′的夹角；导航开始后，将地理坐标系g下的导航参数转换到横向游移坐标系T下，使得导航以横向游移坐标系T作为导航坐标；然后，根据惯性测量单元提供实时陀螺和加速度计测量值进行姿态、速度、位置以及横向游移方位角β的更新解算，获得横向游移坐标系T下的实时导航参数；最后，根据运载体所在位置选择导航参数的输出途径，若运载体在极区，则将导航参数在横向地理坐标系g′中进行输出，若运载体在非极区，则将导航参数在地理坐标系g中输出。