专利名称：实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法
技术领域：
本发明涉及惯性导航技术领域，具体地指实际重力场影响惯性导航系统扰动重力 补偿方法。
背景技术：
由于海水的覆盖，地面或空中成功应用的卫星导航、天文导航等方式在水下航行 器上无法正常使用，而国内外对基于海洋物理场匹配导航的方式(如重力场匹配导航、磁 场匹配导航、地形匹配导航等方式)寄予厚望，但目前这一方式离工程化应用尚有一定的 距离，这使得当前惯性导航系统仍然是水下航行器安全航行的重要保障手段。一直以来惯性导航系统的误差随时间积累是制约惯导系统水下长途航行时高精 度的重要因素，其根本原因是由于重力扰动(空间同一点实际重力与正常重力之差)的存 在。对于中低精度的惯性导航系统，由于其传感器的自身误差(陀螺漂移、加速度计漂移 等)相对较大，一般采用正常重力进行重力补偿已能够满足要求。而随着高精度惯性导航 系统的发展，惯性传感器的自身精度已得到极大的提高，重力扰动已经成为惯性导航系统 中最主要的误差源，惯性导航系统精度的进一步提高将主要取决于对重力场的了解程度， 由于地形起伏的原因，地面上实际重力与通过正常重力公式计算的重力值之间存在较大的 差别，因此以往在惯性导航力学方程编排中使用正常重力的做法已经不满足实际应用需 求。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能提高惯性导航系统精度的实际重力场影响惯性 导航系统扰动重力补偿方法。为实现上述目的，本发明所设计一种实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿 方法，它包括如下步骤步骤Sll 采集惯性导航系统的东向加速度计的输出量，得到惯性导航东向加速 度；步骤S51 通过扰动重力分离得到扰动重力东向分量；步骤S21 采集惯性导航系统的北向加速度计的输出量，得到惯性导航北向加速 度；步骤S52 通过扰动重力分离得到扰动重力北向分量；步骤S12 将所述惯性导航东向加速度与扰动重力东向分量相加得到经过扰动重 力补偿的惯导东向加速度S13;步骤S22 将所述惯性导航北向加速度与扰动重力北向分量相加得到经过扰动重 力补偿的惯导北向加速度S23;步骤S14 对所述经过扰动重力补偿的惯导东向加速度积分，得到惯导东向速度；步骤SM 对所述经过扰动重力补偿的惯导北向加速度积分，得到惯导北向速度；
步骤S15 对所述惯导东向速度积分，得到惯导东向位移S16 ；步骤S25 对所述惯导北向速度积分，得到惯导北向位移S26 ；步骤S3 将所述惯导东向位移加上惯导北向位移，得到惯导新的输出位置S31 ；步骤S32 采用正常重力公式，得到在所述惯导新的输出位置处的正常重力S33 ；步骤S41 用重力传感器测量惯导所处位置处的实际重力S42 ；步骤S5 用所述实际重力矢量减去正常重力矢量，得到扰动重力，并分别得到所 述步骤S51中扰动重力在东向的分量和所述步骤S52中扰动重力在北向的分量。优选的，它还包括步骤S6 采集所述惯导新的输出位置S31处的惯导位置数据，将 所述惯导位置数据加上惯导东向位移S16和惯导北向位移S26，得到进一步的惯导新的输 出位置S31。本发明的优点在于通过在惯导位置的解算中结合实际重力信息，能够得到更为 准确的定位结果，提高了惯性导航系统的精度。
图1为实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法的原理图；图2为实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述如图1 2所述的一种实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法，它包括 如下步骤步骤Sll 采集惯性导航系统的东向加速度计的输出量，得到惯性导航东向加速 度；步骤S51 通过扰动重力分离得到扰动重力东向分量；步骤S21 采集惯性导航系统的北向加速度计的输出量，得到惯性导航北向加速 度；步骤S52 通过扰动重力分离得到扰动重力北向分量；步骤S12 将所述惯性导航东向加速度与扰动重力东向分量相加得到经过扰动重 力补偿的惯导东向加速度S13;步骤S22 将所述惯性导航北向加速度与扰动重力北向分量相加得到经过扰动重 力补偿的惯导北向加速度S23;步骤S14 对所述经过扰动重力补偿的惯导东向加速度积分，得到惯导东向速度；步骤S24 对所述经过扰动重力补偿的惯导北向加速度积分，得到惯导北向速度；步骤S15 对所述惯导东向速度积分，得到惯导东向位移S16 ；步骤S25 对所述惯导北向速度积分，得到惯导北向位移S26 ；步骤S3 将所述惯导东向位移加上惯导北向位移，得到惯导新的输出位置S31 ；步骤S32 采用正常重力公式，得到在所述惯导新的输出位置处的正常重力S33 ；本发明的正常重力公式由1979年17届IUGG大会推荐的常数导出，其表示形式 为
y。= 978032. 7 (1+0. 005302sin2B_0· 0000058sin22B) X IO-W 式中，B 为纬度，m为米，s为秒。步骤S41 用重力传感器测量惯导所处位置处的实际重力S42 ；步骤S5 用所述实际重力矢量减去正常重力矢量，得到扰动重力，并分别得到所 述步骤S51中扰动重力在东向的分量和所述步骤S52中扰动重力在北向的分量。上述技术方案中，它还包括步骤S6 采集所述惯导新的输出位置S31处的惯导位 置数据，将所述惯导位置数据加上惯导东向位移S16和惯导北向位移S26，得到进一步的惯 导新的输出位置S31。上述技术方案中，步骤S31中的惯导新的输出位置即为扰动重力补偿后的惯性导 航系统精确的位置。本发明的原理为如图1所示，由重力传感器测得当前位置重力进而得到当前位置 的扰动重力；由正常重力计算公式计算得到当前位置正常重力；根据当前位置扰动重力、 正常重力和惯性导航加速度计输出地加速度确定当前位置的真实加速度；对当前位置的真 实加速度二次积分得到新的定位位置。上述整个操作步骤是在PC1044嵌入式计算机中完 成的。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法，它包括如下步骤步骤Sll 采集惯性导航系统的东向加速度计的输出量，得到惯性导航东向加速度； 步骤S51 通过扰动重力分离得到扰动重力东向分量；步骤S21 采集惯性导航系统的北向加速度计的输出量，得到惯性导航北向加速度； 步骤S52 通过扰动重力分离得到扰动重力北向分量；步骤S12 将所述惯性导航东向加速度与扰动重力东向分量相加得到经过扰动重力补 偿的惯导东向加速度S13;步骤S22 将所述惯性导航北向加速度与扰动重力北向分量相加得到经过扰动重力补 偿的惯导北向加速度S23 ；步骤S14 对所述经过扰动重力补偿的惯导东向加速度积分，得到惯导东向速度； 步骤S24 对所述经过扰动重力补偿的惯导北向加速度积分，得到惯导北向速度； 步骤S15 对所述惯导东向速度积分，得到惯导东向位移S16 ； 步骤S25 对所述惯导北向速度积分，得到惯导北向位移S26 ； 步骤S3 将所述惯导东向位移加上惯导北向位移，得到惯导新的输出位置S31 ； 步骤S32 采用正常重力公式，得到在所述惯导新的输出位置处的正常重力S33 ； 步骤S41 用重力传感器测量惯导所处位置处的实际重力S42 ； 步骤S5 用所述实际重力矢量减去正常重力矢量，得到扰动重力，并分别得到所述步 骤S51中扰动重力在东向的分量和所述步骤S52中扰动重力在北向的分量。
2.根据权利要求1所述的实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法，其特征在 于它还包括步骤S6 采集所述惯导新的输出位置S31处的惯导位置数据，将所述惯导位置 数据加上惯导东向位移S16和惯导北向位移S26，得到进一步的惯导新的输出位置S31。
全文摘要
本发明公开了一种实际重力场影响惯性导航系统扰动重力补偿方法，包括采集惯导东向及北向加速度；扰动重力分离得到扰动重力东向及北向分量；惯性导航东向加速度与扰动重力东向分量相加得到经过扰动重力补偿的惯导东向加速度；惯性导航北向加速度与扰动重力北向分量相加得到经过扰动重力补偿的惯导北向加速度；对经过扰动重力补偿的惯导东向和北向加速度二次积分，得到惯导东向和北向位移；惯导东向位移加上惯导北向位移，得到惯导新的输出位置；采用正常重力公式，得到惯导新的输出位置的正常重力；得到惯导所处位置处的实际重力；用实际重力矢量减去正常重力矢量，得到扰动重力在东向和北向的分量。本发明提高了惯性导航系统的精度。
文档编号G01C21/16GK102052922SQ20101055288
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者吴苗, 李厚朴, 纪兵, 肖胜红, 边少锋, 金际航 申请人:中国人民解放军海军工程大学