一种惯性导航系统横速度的实时测量方法
【专利摘要】本发明涉及惯性导航系统极区导航【技术领域】，具体涉及一种利用惯性测量单元的输出值在横地理坐标系下的关系，实时测量出载体的横东向速度和横北向速度的惯性导航系统横速度的实时测量方法。本发明包括：得到船舶所在位置的横经度和横地理纬度；得到极区模式中地球角速度在导航系的投影：获得导航坐标系相对于惯性坐标系的角速度在载体坐标系的投影；获得载体相对于导航系的角速度；测量载体的捷联姿态矩阵；测量载体的横速度；更新船舶所在位置的横经度和横地理纬度信息；逐步迭代测量载体的横速度。本发明在横坐标系的基础下，可实现惯性导航系统在极区的正常工作，实时测量出载体的横速度信息。
【专利说明】一种惯性导航系统横速度的实时测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及惯性导航系统极区导航【技术领域】，具体涉及一种利用惯性测量单元的输出值在横地理坐标系下的关系，实时测量出载体的横东向速度和横北向速度的惯性导航系统横速度的实时测量方法。
【背景技术】
[0002]惯导系统是一种利用陀螺和加速度计测量载体角运动和线运动，经过积分运算求出载体瞬时姿态、速度和位置的导航设备，它完全依靠自身的敏感器件完成导航任务，无需依赖任何外界信息，也不向外辐射任何能量，是一种完全自主的导航系统，因此具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点。正是由于以上优点，它是重要航行体(如潜艇、洲际导弹、宇宙飞船、远程飞机等)必不可少的导航设备。
[0003]目前，船舶惯性导航系统普遍采用当地水平固定指北方机械编排，即采用地理坐标系作为导航系。这种机械编排的导航系I轴要始终指向真北，当船舶通过极点附近时，真北很快变化180度，此时导航系y轴指向变化的速率将会无穷大。
[0004]在惯性导航系统机械编排中，导航系相对地球的角速度在地理极点处出现奇点，无法进行捷联解算。综合上述原因，地理坐标系下的惯性导航系统机械编排无法进行极区导航。
[0005]采用横地理坐标系为导航坐标系可以解决惯性导航系统极区无法导航这个问题。横地理坐标系是基于横坐标系建立的。横坐标系也称逆坐标系，横坐标系的々沿地轴方向，I轴在赤道平面与本初子午面的交线上，~在赤道平面内与~、八轴构成右手坐标系。
与地球因连，随地球一起转动。横地理坐标系是相对大地水准面定义的横东-横北-天正交坐标系，坐标原点设在地球表面运动的运载体所在点，V、只轴在地理水平面内分别指向横东向与横北向，I轴与只轴和巧轴构成右手坐标系。船舶的位置可用横经度和横纬度来表示。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出了一种当船舶航行至高纬度地区时，导航坐标系由地理坐标系转换至横地理坐标系，通过转换后的惯性导航系统信息实时测量载体的横速度的基于横坐标系下惯性导航系统的横速度实时测量方法。
[0007]本发明的目的是这样实现的:
[0008]包括下列步骤:
[0009]步骤一:根据惯导系统输出的位置数据得到船舶所在位置的横经度I和横地理纬度?; [0010]步骤二:根据船舶所在位置的横经度I和横地理纬度Z得到极区模式中地球角速度在导航系的投影:
【权利要求】
1.一种惯性导航系统横速度的实时测量方法，其特征在于包括下列步骤: 步骤一:根据惯导系统输出的位置数据得到船舶所在位置的横经度I和横地理纬度L ; 步骤二:根据船舶所在位置的横经度I和横地理纬度Z得到极区模式中地球角速度在导航系的投影:
-(Oic s i n λ
ω:: = -OJir cos/, sin L
(0kJ cos λ cos L
表示地球自转角速度的大小； 步骤三:根据导航坐标系相对于地球的转动角速度6^和初始捷联姿态矩阵CJ获得导航坐标系相对于惯性坐标系的角速度在载体坐标系的投影6^: 步骤四:根据陀螺仪的输出数据^获得载体相对于导航系的角速度W:
ω I — t^ib ~ ①m 步骤五:根据6/,构成的斜对称阵0^实时测 量载体的捷联姿态矩阵Cf:
Ci =Cln1Lb 步骤六:根据加速度计的输出数据fb和载体的姿态矩阵Cf测量载体的横速度: ViI =Clfb-{^^xv:+Sn 宕"—是重力式量在横地理坐标系下的投影； 步骤七:根据实时测量的横速度信息，实时更新船舶所在位置的横经度I和横地理纬度Z/[目息: 丄V-丄V_ L = ， λ =-=^-scc Ζ, RuI &和巧分别表示载体的横速度在东向和北向的分量，和&表示横坐标系下地球的自由曲率半径； 步骤八:返回步骤二中，逐步迭代测量载体的横速度。
【文档编号】G01C21/16GK103940428SQ201410105275
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】于飞, 阮双双, 鲍桂清, 奔粤阳, 杨晓龙, 赵维珩, 李敬春 申请人:哈尔滨工程大学