基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法，其步驟為：(1)求取當前時刻的前某一時刻的垂線偏差值；(2)求得當前時刻tt對應的垂線偏差；(3)進行重力補償；在測量初始階段，即tt＜Δt，使用tt時刻對重力擾動進行補償；當Δt≤tt＜2Δt，使用輸出的ti時刻垂線偏差測量值ηi、ξi進行重力擾動補償；當tt≥2Δt，使用步驟(2)中計算得到的tt時刻的垂線偏差進行重力擾動補償；(4)進行姿態(tài)更新；補償重力擾動后，通過速度與位置組合進行姿態(tài)更新。本發(fā)明具有能夠提高姿態(tài)測量的精度和可靠性等優(yōu)點。
【專利說明】基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到組合導航【技術領域】，特指一種基于慣性導航系統(tǒng)（IN巧與全球 定位系統(tǒng)（GP巧組合的用于姿態(tài)修正的高精度重力修正和補償方法。
【背景技術】
[0002] 重力擾動是高精度慣性導航系統(tǒng)中主要的誤差源，重力擾動的補償一直是高精度 導航系統(tǒng)中重要的研究方向。重力擾動補償?shù)木取崟r性影響著導航系統(tǒng)的精度。高精 度姿態(tài)測量系統(tǒng)主要受重力擾動水平分量（對應為垂線偏差）的影響，對垂線偏差值OV) 進行補償將減少水平加速度誤差與姿態(tài)解算通道的禪合，因此垂線偏差的補償精度與實時 性對姿態(tài)測量系統(tǒng)影響尤為明顯。
[0003]目前，常用的重力擾動補償方法主要包括W下H種：絕對重力傳感器實測補償法、 重力擾動建模補償法、直接做差法。
[0004] 絕對重力傳感器實測補償（參見海工大金際航等人2013年發(fā)表于CIAC會議的論 文AccuracyImprovementofShip'sInertialSystembyDeflectionsoftheVertical BasedGravityGradiometer)，即利用絕對傳感器實時測量重力擾動來對慣導系統(tǒng)進行補 償，實時性好，但精度會受到地形和其他客觀因素的影響，且測量垂線偏差需要專用設備。
[0005] 重力擾動建模補償（參見J.K.Kwon等人2002年發(fā)表于Geophysics第67期的論 文Theeffectofstochasticgravitymodelsinairbornevectorgravimetry)，理論 上可獲得重力擾動的最優(yōu)估計，但重力擾動模型的建模工作較為復雜，在未勘測地區(qū)精度 有限。
[0006]直接做差法（參見K.P.Schwarz2〇〇6 年發(fā)表的論文Simultaneousdetermination ofpositionandgravityfromINS/DGPS),即利用DGPS輸出的加速度與INS加速度做差 估計重力擾動，其最大的技術瓶頸在于高精度水平姿態(tài)基準獲取困難，測量精度有限（參 見K.P.Schwarz等人 2001 年發(fā)表的論文Estimatingthegravitydisturbancevector fromairbornegravimetry)〇
[0007] 北京航空航天大學房建成等在2014年IE邸遠程傳感與遙感雜志第8期發(fā)表論文 AnAccurateGravityCompensationMethodforHigh-AccuracyAirbornePOS,提出一 種直接做差-建模方法值D-M)，將直接做差法和建模法相結合，先用直接做差法得到有限 精度的重力擾動數(shù)據，在此基礎上用時間序列分析法得到重力擾動分布，建立較高精度的 重力擾動模型。最后將獲得的重力擾動數(shù)據代入INS/GI^系統(tǒng)進行解算，W此來提高系統(tǒng) 位置和姿態(tài)精度。該方法一定程度上提高了系統(tǒng)精度，但直接做差和建模的精度有限，沒有 從根本上解決垂線偏差測量精度的問題，導致補償效果有限。
[000引另有從業(yè)者在中國專利201410305314. 2中提出了一種"基于INS/GI^組合的垂線 偏差動態(tài)測量裝置及測量方法"，其采用的技術方案如圖1所示，包括慣性導航系統(tǒng)1、GPS 天線2、GI^接收機3及第一數(shù)據處理計算機4,用來對數(shù)據處理計算機5進行檢測。它利 用INS/GPS姿態(tài)測量系統(tǒng)中的激光巧螺組合體（LGU)與GI^構建LGU/GPS姿態(tài)測量子系 統(tǒng)，其輸出的姿態(tài)和INS/GI^姿態(tài)測量系統(tǒng)輸出的姿態(tài)求差，進而計算垂線偏差。最后修正 垂線偏差測量值中的跳變誤差，并利用全球重力模型數(shù)據修正垂線偏差測量值中的低頻誤 差。該方法利用SINS中的LGU進行姿態(tài)解算，提供一個不與垂線偏差禪合的姿態(tài)基準，用 于觀測SINS/GNSS組合導航的姿態(tài)誤差，并建立觀測方程。通過對LGU的姿態(tài)測量誤差和 垂線偏差擾動量的建模，在頻域上實現(xiàn)LGU姿態(tài)誤差與垂線偏差擾動量的解禪，最終利用 Kalman濾波估計得到垂線偏差擾動的最優(yōu)估計值。該裝置能夠實現(xiàn)垂線偏差的動態(tài)測量， 并具有魯棒性強，能夠有效抑制慣性器件誤差，不依賴于差分GPS，應用范圍廣等優(yōu)點。
[0009] 但是，由于該方案是針對垂線偏差測量的應用，對實時性要求不高。為提高測量精 度，方案中測量點處的垂線偏差需要通過測量點前、后各一段時間的數(shù)據進行估計，當前時 刻的垂線偏差由于數(shù)據量不足會導致估計精度相對較低，直接利用當前輸出的垂線偏差進 行補償對系統(tǒng)精度的提高較為有限。
【發(fā)明內容】
[0010] 本發(fā)明要解決的技術問題就在于；針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一 種能夠提高姿態(tài)測量的精度和可靠性的基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法。
[0011] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用W下技術方案：
[0012] 一種基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法，其步驟為：
[0013] (1)求取當前時刻的前某一時刻的垂線偏差值；記tt為當前時刻，為第t個測量采 樣點對應的時刻，ti為第i個測量采樣點對應的時刻，當前時刻輸出ti時刻的高精度 垂線偏差結果為Hi、
[0014] 似求得當前時刻tt對應的垂線偏差；將步驟（1)中得到的ti時刻的高精度垂線 偏差結果表示為：
【權利要求】
1. 一種基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法，其特征在于，步驟為： (1) 求取當前時刻的前某一時刻的垂線偏差值；記tt為當前時刻，為第t個測量采樣點 對應的時刻，ti為第i個測量采樣點對應的時刻，ti〈tt，當前時刻輸出ti時刻的高精度垂線 偏差結果為Hi、€ i ; (2) 求得當前時刻tt對應的垂線偏差；將步驟（1)中得到的&時刻的高精度垂線偏差 結果表不為：
其中，吃、I為h時刻由全球重力模型計算得到的東向和北向垂線偏差值，那么當前 時刻tt對應的垂線偏差表不如下：
上式中A n、A €表示tt時刻與&時刻實際垂線偏差的變化量，n '、€ '表示h時 刻測量垂線偏差的導數(shù)，A t = tt-ti; (3) 進行重力補償；在測量初始階段，即tt〈 A t，使用tt時刻吃、&對重力擾動進行補 償；當A t < tt〈2 A t，使用輸出的&時刻垂線偏差測量值L、I i進行重力擾動補償；當 tt > 2 A t，使用步驟（2)中計算得到的tt時刻的垂線偏差進行重力擾動補償； (4) 進行姿態(tài)更新；補償重力擾動后，通過速度與位置組合進行姿態(tài)更新。
2. 根據權利要求1所述的基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法，其特征在于，所 述步驟（2)中全球重力模型為EGM2008重力模型。
3. 根據權利要求1或2所述的基于垂線偏差補償?shù)母呔茸藨B(tài)修正方法，其特征在于， 所述步驟（3)中采用如下INS的比力方程進行重力補償：
【文檔編號】G01S19/47GK104359496SQ201410697203
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】王省書, 朱靖, 戰(zhàn)德軍, 戴東凱, 秦石喬, 黃宗升, 鄭佳興, 熊浩 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學