一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在SINS/衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重力測(cè)量中基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法。本發(fā)明包括：得到在載體坐標(biāo)系下的比力；得到地理系相對(duì)地球系的速度矢量；得到地理坐標(biāo)系到慣性系角速度；得載體在導(dǎo)航解算后的載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的角速度；得到兩系統(tǒng)在載體系中的桿臂距離；得到在地理系下的表達(dá)式以及與角速度的關(guān)系；得到斜對(duì)稱矩陣的微分值；解算出桿臂誤差值。本發(fā)明避免了傳統(tǒng)的桿臂誤差直接處理引入噪聲和精度不理想問(wèn)題，本發(fā)明中構(gòu)造的非線性微分跟蹤器時(shí)，只需適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，構(gòu)造合理的非線性函數(shù)就可以得到高品質(zhì)的跟蹤微分器，得到較高精度的輸出結(jié)果。
【專利說(shuō)明】一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在SINS/衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重力測(cè)量中基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SINS/衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在重力測(cè)量中，在艦船和飛機(jī)上都可以搭載SINS和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)；由于重力測(cè)量的幅度廣闊，受地形限制小，測(cè)量速度快周期短，系統(tǒng)搭載快捷等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越廣泛的探究。
[0003]目前，在實(shí)際應(yīng)用中，安裝在載體上的SISN中心和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS或北斗)接收機(jī)中心有一定的距離，產(chǎn)生了桿臂效應(yīng)誤差。這種桿臂誤差會(huì)造成系統(tǒng)的位置、速度和加速度誤差，且這些誤差對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生較大的影響，使測(cè)量的數(shù)據(jù)效果不明顯。因此，通常要對(duì)存在的桿臂效應(yīng)誤差進(jìn)行解算和修正。通常對(duì)桿臂距離引起的加速度誤差在解算和修正中需要計(jì)算角速度的微分值角加速度。跟蹤微分器具有提取跟蹤信號(hào)，并且微分信號(hào)的功能，由跟蹤微分器得到的微分信號(hào)是輸入信號(hào)廣義倒數(shù)的一種光滑逼近。相應(yīng)的仿真表明，適當(dāng)構(gòu)造非線性函數(shù)能得到品質(zhì)較高的跟蹤微分器，此外在跟蹤微分器中加入二階低通濾波器能有效處理噪聲，得到比較精確的輸出結(jié)果。因此，可以選用非線性跟蹤微分器對(duì)角速度信號(hào)進(jìn)行跟蹤和微分，得到角加速度輸出，以便進(jìn)行桿臂效應(yīng)解算和修正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可為SINS/衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在重力測(cè)量中，由SINS和衛(wèi)導(dǎo)接收機(jī)中心不重合產(chǎn)生的桿臂誤差提供較精確的解算修正提高精度的基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法。
[0005]本發(fā)明包括以下幾個(gè)步驟:
[0006](I)利用SINS的加速度計(jì)采集載體比力信息，得到在載體坐標(biāo)系下的比力fb ；
[0007] (2)根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算方程，已知載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的余弦矩陣G，可以
得到地理系相對(duì)地球系的速度矢量<；
[0008](3)利用初始經(jīng)緯度信息,確定地理系到地球系的角速度將地球的自轉(zhuǎn)角速度投影到地理坐標(biāo)下為W;e,求和得到地理坐標(biāo)系到慣性系角速度< ;
[0009](4)利用SINS陀螺儀采集載體的角速度信肩W1以及角速度< 在余弦矩陣Ctb作用下可得到W；；，求差可得載體在導(dǎo)航解算后的載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的角速度；
[0010](5)利用SINS采集的比力信息和余弦矩陣確定SINS在載體坐標(biāo)系中的位置信息；利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)采集到的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)確定接收機(jī)在載體系中的位置信息，位置信息與位置&^5信息作差得到兩系統(tǒng)在載體系中的桿臂距離rb;
[0011](6)對(duì)載體系中的桿臂距離rb進(jìn)行解算和微分得到在地理坐標(biāo)系下的距離誤差A(yù)l，速度誤差Λν和加速度誤差A(yù)a，得到在地理系下的表達(dá)式以及與角速度的關(guān)系；
[0012](7)根據(jù)載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的角速度< 的斜對(duì)稱矩陣[W:X]信息，利用跟蹤微分器以角速度為非線性跟蹤器的輸入，則輸出為角加速度信息，得到斜對(duì)稱矩陣的微分值[h4x];
[0013](8)根據(jù)載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的距離誤差，速度誤差和加速度桿誤差的模型表達(dá)式，利用跟蹤微分器得到的[4, X]信息，解算出桿臂誤差值。
[0014]比力fb
【權(quán)利要求】
1.一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于: (1)利用SINS的加速度計(jì)采集載體比力信息，得到在載體坐標(biāo)系下的比力fb； (2)根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算方程，已知載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的余弦矩陣，可以得到地理系相對(duì)地球系的速度矢J V (3)利用初始經(jīng)緯度信息，確定地理系到地球系的角速度u;將地球的自轉(zhuǎn)角速度投影到地理坐標(biāo)下為Hf卞和得到地理坐標(biāo)系到慣性系角速度汝 (4)利用SINS陀螺儀采集載體的角速度信肩Wli以及角速度W在余弦矩陣Cz作用下可得到V求差可得載體在導(dǎo)航解算后的載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的角速度, (5)利用SINS采集的比力信息和余弦矩陣確定SINS在載體坐標(biāo)系中的位置信息；利用衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)接收機(jī)采集到的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)確定接收機(jī)在載體系中的位置 信息，位置信息與位置信息作差得到兩系統(tǒng)在載體系中的桿臂距離rb ； (6)對(duì)載體系中的桿臂距離rb進(jìn)行解算和微分得到在地理坐標(biāo)系下的距離誤差A(yù)l’速度誤差Λ ν和加速度誤差A(yù)a，得到在地理系下的表達(dá)式以及與角速度的關(guān)系； (7)根據(jù)載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的角速度的斜對(duì)稱矩陣[<X]信息，利用跟蹤微分器以角速度為非線性跟蹤器的輸入，則輸出為角加速度信息，得到斜對(duì)稱矩陣的微分值卜:X]; (8)根據(jù)載體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的距離誤差，速度誤差和加速度桿誤差的模型表達(dá)式，利用跟蹤微分器得到的X]信息，解算出桿臂誤差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:所述的比力fb


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:所述步驟( 2)中，載體系到地理系的轉(zhuǎn)換矩陣C1定義為坐標(biāo)系先繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏航角Ψ，再繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)俯仰角Θ，最后繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)滾動(dòng)角Y得到，具體表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:在步驟(3)中，將地理坐標(biāo)系下的速度轉(zhuǎn)換為曲度陣V
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:在步驟(4)中，通過(guò)載體在地理系相對(duì)于慣性系的角速度1<轉(zhuǎn)換矩陣Ci的作用，可得到地理系相對(duì)慣性系的角速度在載體系中的投影^，其中=Wff.又根據(jù)步驟(3)的SINS陀螺儀采集到得角速度Wf6，得到載體相對(duì)于地理系在載體系的角速度投Wiz，其中二 — Wbit。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:在步驟(5)中，通過(guò)確定SINS和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)\接收機(jī)分別在載體系中的位置坐標(biāo)矢量為 4ins 和 rL.，差為 rb，r6 = r^lNS -r^D，記 rb = [rx ry rjT, rx, ry, rz 分別表示衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)和SINS位置差在載體坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的投影。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:在步驟(6)中，根據(jù)兩系統(tǒng)的位置差rb，對(duì)rb進(jìn)行導(dǎo)航解算且微分可得在地理系下中的到距離誤差Λ 1、速度誤差Λ ν和加速度誤差A(yù)a，

Al = rf = Cbrb
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性跟蹤微分器的桿臂誤差解算方法，其特征在于:在步驟(7)中，利用跟蹤微分器跟蹤提取并微分信號(hào)的功能，讓非線性跟蹤微分器作用于[<><],經(jīng)過(guò)濾波后可以得到精度較高的|>1^ X]信息，然后進(jìn)行導(dǎo)航解算。
【文檔編號(hào)】G01S19/47GK103969671SQ201410195891
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】周廣濤, 郝勤順, 趙博, 孫艷濤, 姜鑫, 夏秀瑋, 李佳璇, 梁宏, 張麗麗, 孫成嬌 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)