一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法及系统

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，更具体地，涉及一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法及系统。

背景技术

惯性导航系统的原理是基于牛顿力学定律和惯性敏感器件，通过测量载体在惯性参考系的加速度和角速度并对时间积分，通过坐标转换得到载体在导航坐标系下的位置、速度、航姿等信息。其导航原理和力学编排决定了导航精度受器件误差、地球参数误差等影响，且随时间逐渐增大。

目前，采用旋转调制机构带动惯性器件周期性翻转是降低器件误差影响、提高系统导航精度的主要手段。通过周期性翻转，惯性器件常值零偏随时间的积分始终在零附近保持有界振荡，此时，随机性误差成为影响系统精度的主要因素。受该误差影响，惯性导航系统定位结果含有振幅逐渐增大的地球振荡误差。

为抑制地球振荡误差，进一步延长系统保精度工作时间，旋转调制系统通常会采用两点位置校正方法，该方法要求两次点位置校正时间间隔六小时，对获取外部信息时间进行了较为严格的约束，点位置校正灵活性欠佳。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法及系统，降低点位置校正地球振荡误差的时间约束，提高点位置校正灵活性，为惯导系统提供更多的校正时机，充分发挥惯导系统效能。

根据本发明的第一方面，提供了一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法，包括：

S1，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

S2，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

S3，循环步骤S2，直到满足校正结束条件。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，步骤S2，包括：

不限制平台的航行状态使平台继续航行，判断当前时刻距上一次位置校正时间是否达到12n+6小时：

若达到12n+6小时，则到达再次校正时间，获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统进行再次位置校正；

若未达到达到12n+6小时，则未到达再次校正时间，使平台按照惯性导航系统输出的导航信息继续航行。

可选的，步骤S2中，还包括：

若未达到达到12n+6小时，则计算当前时刻与上一次校正时刻的时间差，根据下式判断所述时间差是否满足航行状态切换条件：

时间差+时间阈值=12n+6；

若所述时间差满足航行状态切换条件，则将平台的航行状态切换为稳定航行状态，并使惯性导航系统处于阻尼状态；

若所述时间差不满足航行状态切换条件，则继续以当前的航行状态航行。

可选的，步骤S2还包括：

在每次位置校正时，计算当前位置与实时的精确位置信息之间的误差值，若所述误差值大于误差阈值，则发出预警信号。

可选的，步骤S3中，所述校正结束条件包括惯性导航系统停止运行或达到预设的校正次数。

根据本发明的第二方面，提供一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统，包括：

初始点校正模块，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

多点校正模块，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

循环校正模块，循环运行所述多点校正模块，直到满足校正结束条件。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现前述旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法的步骤。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现前述旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法的步骤。

本发明提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法、系统、电子设备及存储介质，降低点位置校正地球振荡误差的时间约束，提高点位置校正灵活性。通过该方法，为惯导系统提供更多的校正时机，充分发挥惯导系统效能。打破了传统两点位置校正中获取外部信息的时间约束，使点位置校正方法的使用更加灵活，延长系统保精度工作时间，保障用户需求。

附图说明

图1为某一实施例提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法流程图的示意图；

图2（a）和图2（b）为任意两个不同位置点进行位置校正的结果示意图；

图3为多点位置校正测试结果示意图；

图4为某一实施例提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统组成结构框图；

图5为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；

图6为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

首先介绍本发明的基本思路以及理论依据。

旋转调制惯导普遍采用捷联式编排，导航误差含有振荡项误差和发散项误差。通常情况下，采用阻尼回路可对抑制周期84.4分钟的舒拉振荡误差，因此，振荡项误差主要为周期24小时的地球振荡误差。同时，需考虑到旋转调制惯导采用周期性翻转使得器件常值偏置误差影响为0。基于此，忽略期间常值误差影响和舒拉震荡误差项，对旋转调制惯导系统误差方程进行简化后如下所示：

式中，

一般地，惯性导航系统经过长时间自主导航运行后，位置误差逐渐积累，需要获取来自于外部的精确位置信息进行校正，实现误差重调。

系统进行首次点位置校正时，经度误差与纬度误差同时重调为0。此时，其误差方程可简化为：

式中，

考虑到水平姿态误差主要受加速度计常值偏置影响且不随时间发散，而旋转调制惯导中加速度计常值偏置影响已通过周期性翻转消除，且经度随时间发散项误差短时间内较小。因此，上述公式中的

式中，

由上式可知，首次点位置校正后12n+6（n=0，1，2……）小时，误差方程量化为：

若此时再次进行点位置校正，则系统经度误差、纬度误差、航向误差均重调为0，旋转调制惯性导航系统误差得到完全重调。此外，若考虑到舒拉振荡误差对误差重调的影响，可通过多次点位置校正进行抑制。

因此，围绕惯性导航系统启动后延长保精度工作时间需求，基于旋转调制惯性导航系统特性，本发明提出了一种宽时间约束的多点位置校正方法。

图1为本发明某一实施例提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法流程图，如图1所示，方法包括：

S1，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

S2，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

S3，循环步骤S2，直到满足校正结束条件。

可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法。本方法基于旋转调制惯导误差特性及两点位置校正原理，提出了宽时间约束条件下的多点位置校正方法，能够通过时间较为灵活的多次点位置信息对地球振荡误差进行抑制，使点位置校正方法的应用更加灵活。需注意的是，理论上进行两次间隔时间为12n+6小时的点位置校正即可将经度、纬度、航向的地球振荡项误差完全重调，而实际上受舒拉振荡误差等影响，仍存在一定残差。因此，点位置校正次数越多，重调效果越好。

本发明降低点位置校正地球振荡误差的时间约束，提高点位置校正灵活性。通过该方法，为惯导系统提供更多的校正时机，充分发挥惯导系统效能。打破了传统两点位置校正中获取外部信息的时间约束，使点位置校正方法的使用更加灵活，延长系统保精度工作时间，保障用户需求。

在一种可能的实施例方式中，结合图1所示，步骤S2，包括：

不限制平台的航行状态使平台继续航行，判断当前时刻距上一次位置校正时间是否达到12n+6小时：

若达到12n+6小时，则到达再次校正时间，获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统进行再次位置校正；

若未达到达到12n+6小时，则未到达再次校正时间，使平台按照惯性导航系统输出的导航信息继续航行。

在一种可能的实施例方式中，结合图1所示，步骤S2中，还包括：

若未达到达到12n+6小时，则计算当前时刻与上一次校正时刻的时间差，根据下式判断所述时间差是否满足航行状态切换条件：

时间差+时间阈值=12n+6；

若所述时间差满足航行状态切换条件，则将平台的航行状态切换为稳定航行状态，并使惯性导航系统处于阻尼状态；

若所述时间差不满足航行状态切换条件，则继续以当前的航行状态航行。

可以理解的是，在即将进行下一次位置校正时，提前调整平台航行状态，使其工作于稳定航行状态，在稳定状态航行时进行校正，得到的校正效果最佳。

在一种可能的实施例方式中，结合图1所示，步骤S2还包括：

在每次位置校正时，计算当前位置与实时的精确位置信息之间的误差值，若所述误差值大于误差阈值，则发出预警信号。

可以理解的是，按照本发明的方案对惯性导航系统进行多点位置校正，理论上来讲，误差值会保持在很小，如误差值异常增大，则说明出现某些故障，此时及时进行预警，利于维修人员及时排除故障，保障平台按照正确的航线运行。

在一种可能的实施例方式中，结合图1所示，步骤S3中，所述校正结束条件包括惯性导航系统停止运行或达到预设的校正次数。

可以理解的是，在惯性导航系统运行状态下，按照本发明的方案进行多点位置校正，可使惯性导航系统在运行期间获得更高的精度。

现采用某一具体实施场景对本发明进行举例说明。

步骤一：平台稳定航行使惯导系统处于阻尼状态，该步骤主要目的是降低舒拉振荡误差对第一次点位置校正效果的影响；

步骤二：获取实时的精确位置信息，进行第一次点位置校正，该步骤主要目的是在步骤一基础上，使得惯性导航系统初始经度误差、初始纬度误差均为0，此时惯性导航系统误差主要为航向误差；

步骤三：第一次点位置校正后12n+6（n=0，1，2……）小时前，平台稳定航行使惯导系统处于阻尼状态，该步骤主要目的是降低舒拉振荡误差对第二次点位置校正效果的影响；

步骤四：第一次点位置校正后间隔12n+6（n=0，1，2……）小时，再次获取当前时刻的精确位置信息，满足点位置校正条件，则进行第二次点位置校正。该步骤主要目的是在步骤二基础上，经过一段时间后，航向误差逐渐转换为位置误差，此时航向误差为0，位置误差达到最大，再次进行点位置校正，则可使得惯性导航系统误差完全重调为0；

步骤五：上一次点位置校正后12n+6（n=0，1，2……）小时前，平台稳定航行使惯导系统处于阻尼状态，该步骤主要目的是降低舒拉振荡误差对下一次点位置校正效果的影响；

步骤六：上一次点位置校正后12n+6（n=0，1，2……）小时，再次获取当前时刻的精确位置信息，进行再次点位置校正，该步骤主要目的是为了随上次点位置校正后残余的航向误差进一步重调校正；

步骤七：重复步骤五~步骤六。

如图2（a）和图2（b）所示为任意两个不同位置点进行位置校正的结果示意图。分析图2（a）和图2（b）的结果可知，不同时间进行点位置校正后的12n+6小时，纬度误差均振荡为0，航向误差振荡为最大值。更具体的，校正时刻处于任意位置，纬度误差均可得到校正结果为零，之后航向误差相位会被改变（变为振荡波峰位置，即航向振荡最大幅值变小），后续纬度误差会在残余航向误差的影响下继续从零开始振荡（6小时后达到最大点），因此不同点位置的校正时刻之间间隔12n+6小时，可得获得很好的位置校正结果。

在一优选实例中，采用旋转调制惯性导航系统进行多点位置校正测试，导航结果如图3所示。从图3可以看出，经过多点位置的误差重调后，系统地球振荡项误差幅值明显减小，可以证明多点位置校正方案的有效性。

图4为本发明实施例提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统结构图，如图4所示，一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统，包括初始点校正模块、多点校正模块和循环校正模块，其中：

初始点校正模块，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

多点校正模块，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

循环校正模块，循环运行所述多点校正模块，直到满足校正结束条件。

可以理解的是，本发明提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统与前述各实施例提供的旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法相对应，旋转调制惯性导航系统的多点位置校正系统的相关技术特征可参考旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法的相关技术特征，在此不再赘述。

请参阅图5，图5为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图5所示，本发明实施例提了一种电子设备500，包括存储器510、处理器520及存储在存储器510上并可在处理器520上运行的计算机程序511，处理器520执行计算机程序511时实现以下步骤：

S1，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

S2，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

S3，循环步骤S2，直到满足校正结束条件。

请参阅图6，图6为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图6所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质600，其上存储有计算机程序611，该计算机程序611被处理器执行时实现如下步骤：

S1，平台稳定航行且其惯性导航系统处于阻尼状态，获取平台实时的精确位置信息，根据所述精确位置信息对惯性导航系统进行初次位置校正；

S2，间隔12n+6小时再次获取平台实时的精确位置信息，根据实时的精确位置信息对惯性导航系统再次进行位置校正，其中，n为自然数；

S3，循环步骤S2，直到满足校正结束条件。

本发明实施例提供的一种旋转调制惯性导航系统的多点位置校正方法及系统，降低点位置校正地球振荡误差的时间约束，提高点位置校正灵活性。通过该方法，为惯导系统提供更多的校正时机，充分发挥惯导系统效能。打破了传统两点位置校正中获取外部信息的时间约束，使点位置校正方法的使用更加灵活，延长系统保精度工作时间，保障用户需求。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。