一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法，属于惯性 导航技术领域。
【背景技术】：
[0002] 激光测速仪根据多普勒频移可W实时测量运动载体相对地面移动的速度，且其测 量误差不随时间积累，与惯导系统组合能优势互补，能实现全自主、高精度导航定位。
[0003] 在进行惯导/激光测速仪组合导航仿真研究时，一般设定仿真轨迹（包含载体的 运动速度、位置、姿态），由设定仿真轨迹中载体的运动速度计算得到激光测速仪的速度标 准值，并给定激光测速仪的标度误差值W及噪声，得到用于组合导航仿真的激光测速仪数 据，然后进行组合导航的仿真与分析。载体在实际运动中环境比较复杂，给定的仿真噪声不 能全面反映激光测速仪的噪声特性，导致仿真结果不能较全面地反映实际情况。为了更好 地进行惯导/激光测速仪组合导航研究，本文提出了一种用于组合导航半实物仿真的激光 测速仪数据建模方法。
【发明内容】
：
[0004] 1、发明目的；本发明的目的是提供了一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪 数据建模方法，它能够更好地模拟激光测速仪输出的数据。
[0005] 2、技术方案：
[0006] 本发明一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法，该方法具体步 骤如下：
[0007] 步骤1、将惯导/激光测速仪组合系统安装到载体上，并上电启动。
[0008] 步骤2、装订初始参数（包括初始的经度、缔度、高度、激光测速仪标度值、激光测 速仪安装角、惯导安装角）至导航计算机。
[0009] 步骤3、载体保持静止，惯导进行5分钟静态初始对准。
[0010] 步骤4、完成对准后载体开始运动，运动过程中惯导进行惯性导航计算，采集并保 存开始运动后50砂内惯导输出的速度值、惯导输出的姿态矩阵、激光测速仪输出的速度。
[0011] 步骤5、惯导输出的速度为东北天坐标系下的速度，由惯导输出姿态矩阵将东北天 坐标系下的速度转换到惯组坐标系下，再根据惯导与载体、激光测速仪与载体之间的位置 关系，把惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度。将激光测速 仪的速度与参考速度作差，得到激光测速仪输出速度的噪声值。
[0012] 步骤6、设定仿真轨迹（包含载体的运动速度、位置、姿态），由设定仿真轨迹中载 体的姿态得到仿真载体的姿态矩阵，根据得到的姿态矩阵和仿真轨迹中载体的运动速度得 到载体在载体系下的速度分量，再由载体的速度分量和给定的激光测速仪的安装角计算、 惯导安装角计算得到激光测速仪的速度标准值。将激光测速仪的速度标准值、激光测速仪 的标度误差值与步骤5中得到的激光测速仪输出速度的噪声值进行数据融合，得到用于组 合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
[0013] 其中，步骤5中所述的"得到激光测速仪输出速度的噪声值"，其具体实现过程说 明如下：
[0014] 载体开始运动，采集得到了 50砂内激光测速仪的速度输出 P7(l)、呼(2)…G"(n)，惯导输出东北天坐标系下速度 呼：〇、呀公…吁,?)，r；；(i)、K';a)、阿公…斬^)，惯导输出的姿态矩阵 C:(l)、C:(2)...C(n).导航计算机装订的激光测速仪的安装角为0，惯导的安装角为a、 目、Y ;惯导在惯组坐标系下的速度输出分别为V, (1)、V,似…V, (n)，Vy (1)、Vy似…V>)， V,(l)、V,(2) ???￥,(!!)。惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考 速度为^(1)、…K"'("）。惯导在东北天坐标系下输出的速度转到惯组坐标系下，计 算公式如下：
[0015]
【主权项】
1. 一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法，其特征在于：该方法具 体步骤如下： 步骤1、将惯导/激光测速仪组合系统安装到载体上，并上电启动； 步骤2、装订初始参数，包括初始的经度、缔度、高度、激光测速仪标度值、激光测速仪安 装角、惯导安装角至导航计算机； 步骤3、载体保持静止，惯导进行5分钟静态初始对准； 步骤4、完成对准后载体开始运动，运动过程中惯导进行惯性导航计算，采集并保存开 始运动后50砂内惯导输出的速度值、惯导输出的姿态矩阵、激光测速仪输出的速度； 步骤5、惯导输出的速度为东北天坐标系下的速度，由惯导输出姿态矩阵将东北天坐标 系下的速度转换到惯组坐标系下，再根据惯导与载体、激光测速仪与载体之间的位置关系， 把惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度，将激光测速仪的速 度与参考速度作差，得到激光测速仪输出速度的噪声值； 步骤6、设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态，由设定仿真轨迹中载体的姿 态得到仿真载体的姿态矩阵，根据得到的姿态矩阵和仿真轨迹中载体的运动速度得到载体 在载体系下的速度分量，再由载体的速度分量和给定的激光测速仪的安装角计算、惯导安 装角计算得到激光测速仪的速度标准值；将激光测速仪的速度标准值、激光测速仪的标度 误差值与步骤5中得到的激光测速仪输出速度的噪声值进行数据融合，得到用于组合导航 半实物仿真的激光测速仪速度。
2. 根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法， 其特征在于；步骤5中所述的"得到激光测速仪输出速度的噪声值"，其具体实现过程说明 如下： 载体开始运动，采集得到了 50砂内激光测速仪的速度输出 呼(1)、呼(2)…G"(n)，惯导输出东北天坐标系下速度 町(1)、G'(2)... G(,?)，^胤、六2)... Fw"(n)，K巧)、似... G(")，惯导输出的姿态 矩阵G(l)、的口）…巧导航计算机装订的激光测速仪的安装角为0，惯导的安装角 为a、目、y ;惯导在惯组坐标系下的速度输出分别为V,(1)、V,似…V?，Vy(l)、Vy似… Vy(n)，V,(1)、V, (2) ???￥,(!!);惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上 的参考速度为^7(1)、f节(2)... ;惯导在东北天坐标系下输出的速度转到惯组坐标系 下，计算公式如下：
惯导在惯组坐标系下的速度投影到激光测速仪的速度方向上的参考速度为v-a)，计 算公式如下： ym (i)二[Vx (i) COS a +Vy (i) COS P +Vz (i) COS Y ] COS 0 (i 二 1. ? ? n); 激光测速化输出的速度噪声值为w,(i)，计算公式如下：
1崎（/)二 (/ = !...? )。
3.根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法， 其特征在于；步骤6中所述的"得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度"，其具体 实现过程说明如下： 设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态，定义仿真轨迹中导航坐标系下载体 运动速度向量为yn，在导航坐标系下H个方向的分量分别为v'r(i)、V';!(i)、<(〇，由仿真轨 迹中载体的姿态得到的载体姿态矩阵巧脚，仿真轨迹中载体的运动速度在载体系下X、y、 zH个轴的分量分别为^(i)、v；：(i)、V八i)，仿真轨迹中载体在导航系下H个方向的速度转 换到载体系下X、y、Z H个轴的速度计算如下：
， 给定激光测速仪的安装角0f，惯导的安装角a f、目f、Yf;计算得到激光测速仪的速度 标准值G:。），计算公式如下：
由计算得到激光测速仪的速度标准值，给定的激光测速仪的标度误差值5 K,，激 光测速仪的速度噪声w,(i)，得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪的速度巧并)，计 算公式如下：
【专利摘要】一种用于组合导航半实物仿真的激光测速仪数据建模方法，有六大步骤：一、将惯导/激光测速仪系统安装载体上并上电启动；二、装订初始参数至导航计算机；三、载体静止，惯导进行5分钟静态初始对准；四、载体运动，惯导计算，采集保存运动50秒内惯导输出速度值、姿态矩阵、激光测速仪输出速度；五、把速度投影到激光测速仪的速度方向上得到参考速度，将速度与参考速度作差，得到激光测速仪输出速度的噪声值；六、设定仿真轨迹，得到载体的姿态矩阵和速度分量，再由速度分量和激光测速仪安装角计算、惯导安装角计算得激光测速仪速度标准值；将该速度标准值、标度误差值与步骤5中噪声值进行数据融合，得到用于组合导航半实物仿真的激光测速仪速度。
【IPC分类】G01P21-02, G01C25-00
【公开号】CN104596539
【申请号】CN201410538362
【发明人】张小跃, 张春熹, 刘鹏博, 牛燕雄, 易晓静, 时海涛
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年10月13日