一種高精度sins模擬器的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域,尤其涉及一種高精度SINS模擬器的設(shè)計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及其組合導(dǎo)航的仿真研宄中,運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)和慣性器件 (陀螺和加速度計(jì))的數(shù)據(jù)源仿真是項(xiàng)基礎(chǔ)性工作,特別是研宄高精度的SINS(Strapdown Inertial Navigation System捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng))算法,更是需要高精度的數(shù)據(jù)模擬器作為支 撐。以機(jī)載SINS仿真為例,傳統(tǒng)的基于純數(shù)學(xué)模型的軌跡模擬器,只能給出由靜止、加速、 爬升、巡航和盤旋轉(zhuǎn)彎等簡(jiǎn)單飛行動(dòng)作組合的載機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡,運(yùn)動(dòng)形式過(guò)于簡(jiǎn)單,效果不夠 逼真,若要進(jìn)一步考慮載機(jī)飛控特性和氣動(dòng)環(huán)境的影響,物理和數(shù)學(xué)模型往往又過(guò)于復(fù)雜, 并且理想模型與實(shí)際飛行情況之間或多或少總會(huì)存在一些差距。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種高精度SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)出的SINS模擬器 具有極高的精度性能和良好的頻率特性,滿足高精度SINS對(duì)數(shù)據(jù)源仿真精度和頻率復(fù)雜 性的要求。
[0004] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0005] 一種高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法,包括以下步驟:
[0006] S1、由實(shí)際捷聯(lián)慣導(dǎo)原始數(shù)據(jù),即陀螺角增量A 0m和加速度計(jì)速度增量Avm,進(jìn) 行捷聯(lián)慣導(dǎo)更新算法,推算獲得當(dāng)前時(shí)刻的慣導(dǎo)姿態(tài)、速度和位置信息;
[0007] S2、利用高精度GPS與捷聯(lián)慣導(dǎo)構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng),進(jìn)行Kalman濾波,估計(jì)捷聯(lián)慣 導(dǎo)誤差;
[0008] S3、根據(jù)Kalman濾波估計(jì)的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差,使用部分反饋修正方法修正所述當(dāng)前 時(shí)刻的慣導(dǎo)姿態(tài)、速度和位置信息,得到精確并且平滑的姿態(tài)、速度和位置組合導(dǎo)航參數(shù);
[0009] S4、對(duì)姿態(tài)和位置組合導(dǎo)航參數(shù)作三次樣條函數(shù)擬合,獲得分段連續(xù)的軌跡函數(shù), 即姿態(tài)函數(shù)A(t)、速度函數(shù)一⑴和位置函數(shù)p(t);
[0010] S5、對(duì)軌跡函數(shù)A(t)、vn(t)和p(t)作等間隔插值,得到離散的軌跡序列,即姿態(tài) 序列A k、速度序列 < 和位置序列Pk;
[0011] S6、根據(jù)聯(lián)慣導(dǎo)航反演算法進(jìn)行慣性器件模擬,即獲得陀螺角增量A 0 k和加速度 計(jì)速度增量AVk模擬采樣序列。
[0012] 上述技術(shù)方案提供的高精度SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法,利用高精度載波相位差分 GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))與中等精度MU(慣性測(cè)量單元)融合的組合導(dǎo)航算法,結(jié)合 Kalman濾波的部分反饋修正和三次樣條擬合方法,生成平滑的軌跡參數(shù),再通過(guò)推導(dǎo)SINS 反演算法實(shí)現(xiàn)了慣性器件的模擬采樣仿真,反演算法中充分考慮了姿態(tài)圓錐誤差和速度劃 船誤差的補(bǔ)償。通過(guò)機(jī)載飛行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明,所提慣性器件模擬器具有極高的精度性 能和良好的頻率特性,滿足高精度SINS對(duì)數(shù)據(jù)源仿真精度和頻率復(fù)雜性的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高精度SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法的流程示意圖;
[0014] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的載機(jī)1小時(shí)飛行軌跡的水平投影圖;
[0015] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的x軸陀螺和x軸加速度計(jì)在lOOOs-llOOs的功率譜結(jié) 果圖示;
[0016] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的純慣導(dǎo)解算結(jié)果與組合導(dǎo)航結(jié)果比較圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;?本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018] 首先,簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中涉及到的幾個(gè)坐標(biāo)系:慣性坐標(biāo)系表示為i系,地 球坐標(biāo)系表不為e系,"東-北-天"導(dǎo)航坐標(biāo)系為n系,"右-前-上"載體坐標(biāo)系為b系。
[0019] SINS導(dǎo)航算法包含一組微分方程,即姿態(tài)微分方程、速度微分方程和位置微分方 程,可分別表示為:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟: 51、 由實(shí)際捷聯(lián)慣導(dǎo)原始數(shù)據(jù),即陀螺角增量△ 0m和加速度計(jì)速度增量Avm,進(jìn)行捷 聯(lián)慣導(dǎo)更新算法,推算獲得當(dāng)前時(shí)刻的慣導(dǎo)姿態(tài)、速度和位置信息; 52、 利用高精度GPS與捷聯(lián)慣導(dǎo)構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng),進(jìn)行Kalman濾波,估計(jì)捷聯(lián)慣導(dǎo)誤 差; 53、 根據(jù)Kalman濾波估計(jì)的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差,使用部分反饋修正方法修正所述當(dāng)前時(shí)刻 的慣導(dǎo)姿態(tài)、速度和位置信息,得到精確并且平滑的姿態(tài)、速度和位置組合導(dǎo)航參數(shù); 54、 對(duì)姿態(tài)和位置組合導(dǎo)航參數(shù)作三次樣條函數(shù)擬合,獲得分段連續(xù)的軌跡函數(shù),即姿 態(tài)函數(shù)A(t)、速度函數(shù)vn(t)和位置函數(shù)p(t); 55、 對(duì)軌跡函數(shù)A(t)、vn(t)和p(t)作等間隔插值,得到離散的軌跡序列,即姿態(tài)序列 Ak、速度序列 < 和位置序列Pk; 56、 根據(jù)聯(lián)慣導(dǎo)航反演算法進(jìn)行慣性器件模擬,即獲得陀螺角增量△ 0k和加速度計(jì)速 度增量AVk模擬采樣序列。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高精度SINS模擬器的設(shè)計(jì)方法,涉及捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域。所述方法包括:利用高精度載波相位差分GNSS與中等精度IMU融合的組合導(dǎo)航算法,結(jié)合Kalman濾波的部分反饋修正和三次樣條擬合方法,生成平滑的軌跡參數(shù),再通過(guò)推導(dǎo)SINS反演算法實(shí)現(xiàn)了慣性器件的模擬采樣仿真,反演算法中充分考慮了姿態(tài)圓錐誤差和速度劃船誤差的補(bǔ)償。這樣設(shè)計(jì)出的SINS模擬器具有極高的精度性能和良好的頻率特性,滿足高精度SINS對(duì)數(shù)據(jù)源仿真精度和頻率復(fù)雜性的要求。
【IPC分類】G01C21-20
【公開號(hào)】CN104713559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510059782
【發(fā)明人】嚴(yán)恭敏, 周馨怡, 翁浚, 秦永元
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月1日