本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航，特別是一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

1、隨著mems制造技術(shù)的發(fā)展，mems慣性傳感器以其成本低、體積小、功率低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、工業(yè)甚至民用消費(fèi)電子領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，目前mems慣性傳感器精度還相對(duì)較低。在低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)中，陀螺儀精度(零偏重復(fù)性)為0.1°/s量級(jí)，加速度計(jì)精度為5mg量級(jí)。對(duì)于中低速行駛的運(yùn)載體，在慣導(dǎo)比例方程中，有害加速度部分的量級(jí)約為1mg，小于傳感器本身的誤差，因此可以忽略地球自轉(zhuǎn)及地球曲率的影響。

2、選擇合適的導(dǎo)航參考坐標(biāo)系，有利于近地面中低速載體制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系用來(lái)描述運(yùn)載體在近地運(yùn)動(dòng)中的姿態(tài)、速度和位置，可分為東北天坐標(biāo)系、北天東坐標(biāo)系、北東地坐標(biāo)系等。北東地坐標(biāo)系的z軸指向地面，與重力方向相同，這使描述重力加速度更加簡(jiǎn)單且直觀，重力加速度可以與z軸關(guān)聯(lián)，便于陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)處理。

3、常見的mems慣導(dǎo)系統(tǒng)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法復(fù)雜，速度更新方法中考慮了速度的旋轉(zhuǎn)誤差補(bǔ)償量、速度的劃槳誤差補(bǔ)償量以及因地球自轉(zhuǎn)和地球曲率造成的有害加速度部分。對(duì)于高精度的mems慣導(dǎo)系統(tǒng)，考慮此類誤差是很有必要的，但是低成本的mems慣導(dǎo)系統(tǒng)傳感器誤差本身較大，考慮此類誤差會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增加且對(duì)于降低慣導(dǎo)解算誤差的效果不明顯。

4、現(xiàn)有的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用東北天坐標(biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，但其坐標(biāo)軸z軸指向重力加速度相反的方向，這使描述重力加速度不直觀。其他類型的導(dǎo)航坐標(biāo)系，如地心地固坐標(biāo)系，適用于全球范圍內(nèi)位置，但對(duì)于近地或局部運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航，計(jì)算量大，且不夠直觀。目前還未有完善的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法在低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)上應(yīng)用，因此本發(fā)明提出用于低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)的一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，基于北東地導(dǎo)航坐標(biāo)系和低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)，克服低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差大，計(jì)算精度不高的問(wèn)題；以實(shí)現(xiàn)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，所述聯(lián)慣性導(dǎo)航方法具體步驟如下：

3、s1：定義mems慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系；

4、s2：構(gòu)建慣導(dǎo)系統(tǒng)中各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

5、s3：根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定各坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度之間的關(guān)系；

6、s4：確定歐拉角、四元數(shù)和方向余弦之間的關(guān)系；

7、s5：確定北東地坐標(biāo)系下的姿態(tài)更新方法、速度更新方法、位置更新方法，進(jìn)而獲得載體姿態(tài)、速度、位置相關(guān)信息。

8、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

9、本發(fā)明基于低成本mems慣導(dǎo)系統(tǒng)，采用“北東地”坐標(biāo)系作為近地面中低速載體的導(dǎo)航參考坐標(biāo)系，采用“前上右”坐標(biāo)系作為載體坐標(biāo)系，這使描述重力加速度更加簡(jiǎn)單且直觀，重力加速度可以與z軸關(guān)聯(lián)，便于載體上陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)處理，有利于簡(jiǎn)單且直觀的建立導(dǎo)航解算方程，在保證導(dǎo)航系統(tǒng)精度的前提下，避免了復(fù)雜的參數(shù)計(jì)算，減輕了系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

技術(shù)特征：

1.一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，所述聯(lián)慣性導(dǎo)航方法具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，s1中，定義mems慣導(dǎo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系中的具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，s1.3中，定義載體坐標(biāo)系的具體方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，s1.4中，定義導(dǎo)航坐標(biāo)系的具體方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，s2中，各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，步驟s3中，具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，步驟s4中，具體步驟如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，步驟s5中，具體步驟如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法，其特征在于，s5.1中，以地心慣性坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，“北東地”系從tm時(shí)刻到tm-1時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)變化四元數(shù)為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于北東地坐標(biāo)系的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法。本發(fā)明基于低成本MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)，在原有完整而復(fù)雜的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用“北東地”坐標(biāo)系作為近地面中低速載體的導(dǎo)航參考坐標(biāo)系，采用“前上右”坐標(biāo)系作為載體坐標(biāo)系，有利于簡(jiǎn)單且直觀的建立導(dǎo)航解算方程，在保證導(dǎo)航系統(tǒng)精度的前提下，避免了復(fù)雜的參數(shù)計(jì)算，減輕了系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

技術(shù)研發(fā)人員：白志恒,明超,馮彤,徐梓赫,耿學(xué)龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9