专利名称：一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法
技术领域：
本发明涉及惯性导航及其相关领域，尤其涉及一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法。
背景技术：
随着新型固态陀螺仪的研制和高精度加速度计的逐渐成熟，以及高速大容量微处理器技术的进步，捷联惯性导航系统已经开始逐步取代平台惯性导航系统，成为惯性导航技术的发展趋势。捷联惯性导航系统的核心是一个复杂的实时软件系统，通过采集惯性敏感单元(即陀螺仪和加速度计)的数据实时计算载体的导航参数。它的可靠性直接影响惯导系统的稳定性，它的算法误差则是惯导系统的主要误差来源之一。因此，如何对捷联惯导系统的软件进行测试，以验证其正确性、可靠性和算法精度，对于提高捷联惯导系统的性能具有重要意义。由于实验条件限制，常常难以取得真实而全面的载体运动轨迹数据，无法使用实际的位置和姿态数据测试捷联惯导软件。为此，一般采用如下仿真方法测试惯导软件首先设计载体的仿真运动轨迹，包括姿态演变情况，并生成标准导航参数，即位置和姿态数据； 然后将计算得到的惯性敏感单元数据传送到被测惯导软件作为输入数据流；最后将惯导软件输出的导航参数与标准导航参数进行对比，得到惯导软件的计算误差，从而评测惯导软件的性能。目前，仿真轨迹数据的生成方案有如下两种
一是分析载体典型运动的特点，以飞行器为例，常见的飞行动作有平飞、匀变速直线飞行、上升、俯冲和转弯，一次飞行则是这几种基本动作的组合。再从中得出姿态角、角速率或加速度的变化规律，进而计算得到载体的速度和位置，以及惯性敏感单元数据。该方案的主要缺点是(1)经纬度、航向角等无法得到具体的变化函数，需要使用复杂的数值计算方法，如哈明公式、预测-校正方法等；(2)计算方法实质上和惯导软件的计算过程类似，两者含有同类型的数值计算误差；(3)模拟的运动过程受限，无法仿真复杂的运动轨迹。二是采用一种逆向计算的解析式方案，初始变化量为姿态角的变化函数和位置的变化函数，再根据位置在地球直角坐标系下的坐标值及其一阶二阶导数计算中间速度和中间加速度，最后计算出所需的其他数据。这种方案避免了估计误差，但目前该方案的主要缺点有(I)算法公式复杂，且在包含坐标变换的情况下变得更加繁琐，特别是求解位置的坐标值以及中间变量时，不利于软件实现；(2)方案仅能用于采用地球圆球模型的惯导软件， 对于采用地球椭球模型的情况不适用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，并在实验室基于光纤陀螺和石英加速度计的捷联惯性导航系统及其导航软件的研究过程中，提供一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法，它包括位置相关数据生成、姿态相关数据生成和惯性敏感单元数据生成三部分内容;其中，
所述位置相关数据生成的具体步骤如下
(O设定位置关于时间I的变化函数并求解其一阶和二阶导数，载体位置即载体相对于地球的高度A、经度彳和纬度P位置变化函数及其导数的一般公式如下
权利要求
1.一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法，其特征在于，它包括位置相关数据生成、姿态相关数据生成和惯性敏感单元数据生成等三部分内容；其中，所述位置相关数据生成的具体步骤如下(I)设定位置关于时间 的变化函数并求解其一阶和二阶导数，载体位置即载体相对于地球的高度经度；和纬度炉； 位置变化函数及其导数的一般公式如下'.=Λ( )屮=_)；h = h{i)Λ = Λ*( )φ= _ ；h = h'{￡) = β(β)Ψ= _ h = h"(t)(2)计算载体相对于地球的速度在导航系中的值i 采用地球椭球模型时，记地球赤道半径为尺地球子午面曲率半径为Rn ,地球横向曲率半径为# ，地球椭球度为g，可得CRif+^)-cos (R#+A)·#J Ent = Kl+β sm φ)= -Si (I - 2e + 3e sin2 φ)采用地球的圆球模型时，只需令&,且有^=0,下同(3)计算载体相对于地球的加速度在导航系中的值,}+k)· cosφ· β- (Rsft+A).sm φ· φ1 ■ ' + ζβ,^ +A1) ·cos φ· X (Rw+k)·^+(Rj+h1)·^Rj = 2 Re -s-sm φ. cos φ. φ'I,= 6R€ ■ e ■ sin φ‘ cos φ- (β(4)计算重力加速度在导航系中的值
全文摘要
本发明公开了一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法；本方法首先分别设计载体的运动路径和姿态演变，得到位置和姿态的变化函数；然后通过上述变化函数及其导数，计算姿态矩阵、速度和加速度等参数；最后，根据上述结果求解惯性敏感单元的输出数据。测试惯导软件时，将惯性敏感单元数据作为输入数据流，并对比惯导软件输出的导航参数与本方法输出的标准导航参数，从而得出惯导软件的计算误差。本方法简单高效，能够灵活产生各种复杂且高精度的仿真轨迹数据，从而为评测捷联惯导软件的正确性、可靠性和算法精度起到重要作用，且在实验室基于光纤陀螺和石英加速度计的捷联惯性导航系统及其导航软件的研究中取得了良好的效果。
文档编号G01C25/00GK102607591SQ20121004568
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者周一览, 律新伟, 楼奇哲, 舒晓武 申请人:浙江大学