[发明专利]一种基于卫星紧组合的INS和DR惯性导航方法与系统

摘要

本发明公开了一种基于卫星紧组合的INS和DR惯性导航方法与系统，其包括有：INS系统误差分析单元；航位推算误差分析单元；GBDT算法处理单元，用于处理卫星信号失锁情况下的Kalman观测值；紧组合导航滤波方程建立单元；基于GBDT算法改进的紧组合导航位置误差实验单元，用于在卫星信号丢失的情况下，进行基于GBDT算法改进的紧组合导航位置误差实验，检验系统在东、北、天等三个方向的位置误差。本发明将GBDT算法应用于紧组合导航系统，GBDT算法构建模型所需时间短，在卫星信号失锁情况下，仍有效预测紧组合导航系统滤波的观测值，确保导航系统的实时性，提高定位精度，可有效解决复杂环境下载车定位时间长而影响导航性能的问题。

主权项

1.一种基于卫星紧组合的INS和DR惯性导航方法，其特征在于，包括有：步骤S1，INS系统误差分析，选取东北天地理坐标系为导航参考坐标系，记为n系，当惯性模块按一定的方位安装到载车上时，认为载车坐标系与惯性坐标系重合，记为b系，惯导系统姿态、速度和位置误差方程经过推导并整理得到：姿态误差方程：式中，f为测量的载车比力矢量，为导航参考坐标系n系相对于载车坐标系b系的转动角速率，δvⁿ是地球参考速度误差矢量，是载车坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵，称为姿态矩阵，e^b是载车坐标系的偏心率；速度误差方程：式中，δp是位置误差，fⁿ是n系的比力矢量，为加速度计偏置在载车坐标系上的投影；位置误差方程：δp＝A₅δvⁿ+A₇δp；其中：δp＝[δL δλ δh]^T；A₁～A₇为矩阵；A₁₃＝A₁+A₃；A₅＝vⁿ×(A₁+A₃)；式中R_M为子午半径，R_N卯酉半径，h为海拔，λ为经度，L是纬度，ω_ie是地球的自转角速率，ω_iesin L和ω_iecos L是地球旋转分量，为地球坐标系相对于惯导坐标系i系的转动角速率，为导航坐标系n系相对于地球坐标系e系的转动角速率，vⁿ是地球参考速度，分别为其在东北方向的分量；步骤S2，航位推算误差分析，将里程计坐标系记为m系，其oy轴位于与载车车轮相接触的地平面内，并且指向载车行驶正前方，oz轴垂直于地平面向上为正，ox轴指向右方，里程计在一段时间Δt＝t_j‑t_j‑1内测量的里程增量ΔS_j在m系的投影写成矢量形式为：设定载车坐标系轴与里程计坐标系对应轴相平行，可得里程增量ΔS_j在导航坐标系n系上的投影为：其中是t_j‑1时刻的姿态矩阵；求得航位推算的纬度(LA)、经度(LD)和高程(HD)递推算法：式中，L_A(j‑1)、L_D(j‑1)、H_D(j‑1)分别为j‑1时刻航位推算的纬度、经度、高程，分别为里程增量在导航坐标系上的投影在东、北、天方向的分量；航位推算误差源于姿态角误差f和里程计刻度系数误差δK_D；由里程计增量式得出里程计增量的实际计算公式：其中，I_3×3表示三阶单位矩阵，展开上式并忽略关于f和δK_D的高阶小量得到：比较里程计增量式和上式可得t_j‑1时刻到t_j时刻航位推算误差方程：步骤S3，GBDT算法；步骤S4，建立紧组合导航滤波方程；步骤S5，常规紧组合、基于GBDT算法改进的紧组合导航位置误差对比实验。