[发明专利]基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法

摘要

本发明公开了一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法，用于解决现有虚拟极区方法导航验证效果差的技术问题。技术方案是在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换完成虚拟极区建模。本发明通过参考信息转换、初始状态转换和惯性传感器数据转换，使虚拟极点同时具备地球自转与重力矢量平行和经线快速收敛两大特征，提高了模型完整性；在格网坐标系下将非极区外场试验数据转换至极区进行导航验证，并考虑地球曲率影响，能够保证转换前后载体相对地面的姿态和速度信息不发生变化，提高了模型的真实性和建模精度，达到在极地进行真实试验的效果。

主权项

1.一种基于格网姿态速度信息不变的虚拟极区方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、参考信息转换；定义b为载体坐标系，坐标轴指向载体的右前上方向；g为地理坐标系，坐标轴指向当地位置的东北天方向；定义G为格网坐标系，坐标轴y_G与格林威治子午线平行；i和e定义为传统的惯性坐标系和地球坐标系；在非极区的外场试验中，将惯性/卫星组合导航的结果作为参考信息，包含地理坐标系下的姿态矩阵速度v^g和位置p^g；地理系位置包括经度、纬度和高度信息，即p^g＝[λ L h]^T；将地理系的姿态矩阵和速度转换至格网坐标系：式中，和v^G为相对格网坐标系的姿态矩阵和速度，为格网角转换矩阵式中，σ为格网角，并且将和v^G直接作为虚拟极区轨迹中的姿态矩阵和速度，极区位置信息通过求解微分方程获得式中，符号*代表区别于真实试验数据的虚拟极区数据，代表地球坐标系位置，初值由初始状态转换获得；为位置方向余弦矩阵式中，将虚拟极区的地理系位置带入式(3)得到带入下式求得其中，虚拟极区的地理坐标系位置由位置按经典转换方法获得；步骤二、初始状态转换；极区轨迹中的初始姿态和速度的转换方法与式(1)和式(2)相同，初始位置由人工指定为极区中的坐标点并按如下方法转换至地球坐标系：式中，为虚拟极区地球坐标系下的初始位置，为对应位置的卯酉圈曲率半径，e₁为地球第一偏心率；步骤三、惯性传感器数据转换；通过扣除当地实际的地球自转角速率和重力加速度，并叠加虚拟极区的地球自转和重力矢量，完成陀螺和加速度计的数据重构：式中，和为真实试验中得到的陀螺和加速度计输出，和为极区重构的陀螺和加速度计数据；和为当地实际地球自转和牵连运动角速率矢量，ω_ie为地球自转角速率，通过将当地位置带入式(5)计算；和为虚拟极区的地球自转和牵连运动角速率矢量，且g^G＝[0 0 ‑g_c]^T，g_c为当地重力加速度模值；为虚拟极区的重力加速度；当地牵连运动角速率根据位置p^g和速度v^G计算：其中式中，R_M和R_N为地球子午圈和卯酉圈曲率半径；同样，虚拟极区的牵连运动角速率根据位置和速度v^G计算。