專利名稱：實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及慣性導航技術領域，具體地指實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力 補償方法。
背景技術：
由于海水的覆蓋，地面或空中成功應用的衛(wèi)星導航、天文導航等方式在水下航行 器上無法正常使用，而國內(nèi)外對基于海洋物理場匹配導航的方式(如重力場匹配導航、磁 場匹配導航、地形匹配導航等方式)寄予厚望，但目前這一方式離工程化應用尚有一定的 距離，這使得當前慣性導航系統(tǒng)仍然是水下航行器安全航行的重要保障手段。一直以來慣性導航系統(tǒng)的誤差隨時間積累是制約慣導系統(tǒng)水下長途航行時高精 度的重要因素，其根本原因是由于重力擾動(空間同一點實際重力與正常重力之差)的存 在。對于中低精度的慣性導航系統(tǒng)，由于其傳感器的自身誤差(陀螺漂移、加速度計漂移 等)相對較大，一般采用正常重力進行重力補償已能夠滿足要求。而隨著高精度慣性導航 系統(tǒng)的發(fā)展，慣性傳感器的自身精度已得到極大的提高，重力擾動已經(jīng)成為慣性導航系統(tǒng) 中最主要的誤差源，慣性導航系統(tǒng)精度的進一步提高將主要取決于對重力場的了解程度， 由于地形起伏的原因，地面上實際重力與通過正常重力公式計算的重力值之間存在較大的 差別，因此以往在慣性導航力學方程編排中使用正常重力的做法已經(jīng)不滿足實際應用需 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種能提高慣性導航系統(tǒng)精度的實際重力場影響慣性 導航系統(tǒng)擾動重力補償方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計一種實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償 方法，它包括如下步驟步驟Sll 采集慣性導航系統(tǒng)的東向加速度計的輸出量，得到慣性導航東向加速 度；步驟S51 通過擾動重力分離得到擾動重力東向分量；步驟S21 采集慣性導航系統(tǒng)的北向加速度計的輸出量，得到慣性導航北向加速 度；步驟S52 通過擾動重力分離得到擾動重力北向分量；步驟S12 將所述慣性導航東向加速度與擾動重力東向分量相加得到經(jīng)過擾動重 力補償?shù)膽T導東向加速度S13;步驟S22 將所述慣性導航北向加速度與擾動重力北向分量相加得到經(jīng)過擾動重 力補償?shù)膽T導北向加速度S23;步驟S14 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導東向加速度積分，得到慣導東向速度；步驟SM 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導北向加速度積分，得到慣導北向速度；
步驟S15 對所述慣導東向速度積分，得到慣導東向位移S16 ；步驟S25 對所述慣導北向速度積分，得到慣導北向位移S26 ；步驟S3 將所述慣導東向位移加上慣導北向位移，得到慣導新的輸出位置S31 ；步驟S32 采用正常重力公式，得到在所述慣導新的輸出位置處的正常重力S33 ；步驟S41 用重力傳感器測量慣導所處位置處的實際重力S42 ；步驟S5 用所述實際重力矢量減去正常重力矢量，得到擾動重力，并分別得到所 述步驟S51中擾動重力在東向的分量和所述步驟S52中擾動重力在北向的分量。優(yōu)選的，它還包括步驟S6 采集所述慣導新的輸出位置S31處的慣導位置數(shù)據(jù)，將 所述慣導位置數(shù)據(jù)加上慣導東向位移S16和慣導北向位移S26，得到進一步的慣導新的輸 出位置S31。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在慣導位置的解算中結合實際重力信息，能夠得到更為 準確的定位結果，提高了慣性導航系統(tǒng)的精度。


圖1為實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法的原理圖；圖2為實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述如圖1 2所述的一種實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法，它包括 如下步驟步驟Sll 采集慣性導航系統(tǒng)的東向加速度計的輸出量，得到慣性導航東向加速 度；步驟S51 通過擾動重力分離得到擾動重力東向分量；步驟S21 采集慣性導航系統(tǒng)的北向加速度計的輸出量，得到慣性導航北向加速 度；步驟S52 通過擾動重力分離得到擾動重力北向分量；步驟S12 將所述慣性導航東向加速度與擾動重力東向分量相加得到經(jīng)過擾動重 力補償?shù)膽T導東向加速度S13;步驟S22 將所述慣性導航北向加速度與擾動重力北向分量相加得到經(jīng)過擾動重 力補償?shù)膽T導北向加速度S23;步驟S14 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導東向加速度積分，得到慣導東向速度；步驟S24 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導北向加速度積分，得到慣導北向速度；步驟S15 對所述慣導東向速度積分，得到慣導東向位移S16 ；步驟S25 對所述慣導北向速度積分，得到慣導北向位移S26 ；步驟S3 將所述慣導東向位移加上慣導北向位移，得到慣導新的輸出位置S31 ；步驟S32 采用正常重力公式，得到在所述慣導新的輸出位置處的正常重力S33 ；本發(fā)明的正常重力公式由1979年17屆IUGG大會推薦的常數(shù)導出，其表示形式 為
y。= 978032. 7 (1+0. 005302sin2B_0· 0000058sin22B) X IO-W 式中，B 為緯度，m為米，s為秒。步驟S41 用重力傳感器測量慣導所處位置處的實際重力S42 ；步驟S5 用所述實際重力矢量減去正常重力矢量，得到擾動重力，并分別得到所 述步驟S51中擾動重力在東向的分量和所述步驟S52中擾動重力在北向的分量。上述技術方案中，它還包括步驟S6 采集所述慣導新的輸出位置S31處的慣導位 置數(shù)據(jù)，將所述慣導位置數(shù)據(jù)加上慣導東向位移S16和慣導北向位移S26，得到進一步的慣 導新的輸出位置S31。上述技術方案中，步驟S31中的慣導新的輸出位置即為擾動重力補償后的慣性導 航系統(tǒng)精確的位置。本發(fā)明的原理為如圖1所示，由重力傳感器測得當前位置重力進而得到當前位置 的擾動重力；由正常重力計算公式計算得到當前位置正常重力；根據(jù)當前位置擾動重力、 正常重力和慣性導航加速度計輸出地加速度確定當前位置的真實加速度；對當前位置的真 實加速度二次積分得到新的定位位置。上述整個操作步驟是在PC1044嵌入式計算機中完 成的。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求
1.一種實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法，它包括如下步驟步驟Sll 采集慣性導航系統(tǒng)的東向加速度計的輸出量，得到慣性導航東向加速度； 步驟S51 通過擾動重力分離得到擾動重力東向分量；步驟S21 采集慣性導航系統(tǒng)的北向加速度計的輸出量，得到慣性導航北向加速度； 步驟S52 通過擾動重力分離得到擾動重力北向分量；步驟S12 將所述慣性導航東向加速度與擾動重力東向分量相加得到經(jīng)過擾動重力補 償?shù)膽T導東向加速度S13;步驟S22 將所述慣性導航北向加速度與擾動重力北向分量相加得到經(jīng)過擾動重力補 償?shù)膽T導北向加速度S23 ；步驟S14 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導東向加速度積分，得到慣導東向速度； 步驟S24 對所述經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導北向加速度積分，得到慣導北向速度； 步驟S15 對所述慣導東向速度積分，得到慣導東向位移S16 ； 步驟S25 對所述慣導北向速度積分，得到慣導北向位移S26 ； 步驟S3 將所述慣導東向位移加上慣導北向位移，得到慣導新的輸出位置S31 ； 步驟S32 采用正常重力公式，得到在所述慣導新的輸出位置處的正常重力S33 ； 步驟S41 用重力傳感器測量慣導所處位置處的實際重力S42 ； 步驟S5 用所述實際重力矢量減去正常重力矢量，得到擾動重力，并分別得到所述步 驟S51中擾動重力在東向的分量和所述步驟S52中擾動重力在北向的分量。
2.根據(jù)權利要求1所述的實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法，其特征在 于它還包括步驟S6 采集所述慣導新的輸出位置S31處的慣導位置數(shù)據(jù)，將所述慣導位置 數(shù)據(jù)加上慣導東向位移S16和慣導北向位移S26，得到進一步的慣導新的輸出位置S31。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實際重力場影響慣性導航系統(tǒng)擾動重力補償方法，包括采集慣導東向及北向加速度；擾動重力分離得到擾動重力東向及北向分量；慣性導航東向加速度與擾動重力東向分量相加得到經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導東向加速度；慣性導航北向加速度與擾動重力北向分量相加得到經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導北向加速度；對經(jīng)過擾動重力補償?shù)膽T導東向和北向加速度二次積分，得到慣導東向和北向位移；慣導東向位移加上慣導北向位移，得到慣導新的輸出位置；采用正常重力公式，得到慣導新的輸出位置的正常重力；得到慣導所處位置處的實際重力；用實際重力矢量減去正常重力矢量，得到擾動重力在東向和北向的分量。本發(fā)明提高了慣性導航系統(tǒng)的精度。
文檔編號G01C21/16GK102052922SQ20101055288
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者吳苗, 李厚樸, 紀兵, 肖勝紅, 邊少鋒, 金際航 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學