[发明专利]一种利用伪观测取代精密转台的原地旋转调制寻北方法

摘要

本发明公开了一种利用伪观测取代精密转台的原地旋转调制寻北方法，本发明基于传统的GNSS/INS组合导航法，以伪位置观测信息和/或伪速度观测信息为伪观测信息，利用伪观测信息取代GNSS量测信息，采用卡尔曼滤波估计状态参数；利用INS中的陀螺器件经过在线误差补偿后的输出推算旋转调制过程中的IMU精密转角，结合状态参数中IMU姿态角估计值和IMU精密转角计算载体航向角。本发明从本质上消除了旋转调制寻北对精密角度或精密角速度测量装置的依赖，同时也降低了GNSS/INS组合导航寻北法对GNSS的要求，扩大了寻北适用范围，提高了寻北效率和寻北操作的方便性。

主权项

一种利用伪观测取代精密转台的原地旋转调制寻北方法，其特征是，包括：S1获取当前旋转方式下伪观测中心的位置及杆臂信息，伪观测中心即旋转中心，杆臂信息包括系统性杆臂信息和随机性杆臂信息，其中，系统性杆臂信息为IMU测量中心到伪观测中心的距离，随机性杆臂信息为伪观测中心的位置变化范围；S2开启惯性导航系统电源，判断是否已知载体的当前姿态角，若已知，执行步骤S4；否则，执行步骤S3后再执行步骤S4；S3使IMU处于静态或准静态，利用IMU中加速度计和陀螺的输出信息，采用静态粗对准法获取载体的当前姿态角，即IMU的当前姿态角；初始静态或准静态时，载体姿态角大小等同IMU姿态角；S4将载体的当前姿态角作为IMU初始姿态角，进行原地旋转调制寻北，具体为：4.1采用伪观测中心位置、杆臂信息、IMU初始姿态角及惯性传感器性能参数进行初始化，并采用当前旋转方式旋转IMU；4.2以伪观测中心的位置变化量和/或速度变化量为伪观测信息，以伪观测信息为量测信息构建含杆臂信息的量测方程，根据IMU在线误差补偿后的输出信息和伪观测信息，采用卡尔曼滤波器估计状态参数，状态参数包括导航状态参数和惯性传感器性能参数，所得惯性传感器性能参数估计值用于惯性传感器输出的误差补偿；所构建的含杆臂信息的量测方程为和/或$z_v={\mathrm{\δv}}_{IMU}^n-({\mathrm{\ω}}_{in}^n\×)(C_b^n{l}_{OBS}^b\×)\mathrm{\ψ}-C_b^n(l_{OBS}^b\×{\mathrm{\ω}}_{ib}^b)\×\mathrm{\ψ}-C_b^n(l_{OBS}^b\×){\mathrm{\δ\ω}}_{ib}^b-n_v,$其中，z_r和z_v分别为位置和速度量测向量，n_r表示包含了随机性杆臂信息的位置量测噪声，n_v表示速度量测噪声，n_r和n_v均在卡尔曼滤波量测噪声阵R中体现，为IMU测量中心在n系下的位置误差，为系统性杆臂信息，为的反斜对称矩阵形式，为b系到n系的方向余弦矩阵，ψ为姿态角旋转矢量的误差在n系的投影，为IMU测量中心在n系下的速度误差，为n系相对于i系的地球自转角速度变化投影到n系的向量，为的反斜对称矩阵形式，为的反斜对称矩阵形式，为b系相对于i系的地球自转角速度变化投影到b系的向量，为和的叉乘，为b系相对于i系的地球自转角速度变化投影到b系的向量误差；4.3将IMU中陀螺经在线误差补偿后的输出转化成增量形式数据，将陀螺z轴输出的增量形式数据累加，即得IMU精密转角；4.4利用估计的导航状态参数中IMU姿态角和步骤4.3所获知的IMU精密转角计算载体航向角。