惯性导航数据的重构方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

文档序号:20357082发布日期:2020-04-10 23:25阅读:133来源:国知局
本申请涉及导航
技术领域
:,特别是涉及一种惯性导航数据的重构方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
::近年来,针对极区所具有的经济、军事及科考价值越来越受关注,也相应提出了对高精度极区导航技术的要求,但极区特殊的地理位置和磁场环境限制了一些导航技术的应用,例如,太阳风暴、极光等自然现象会干扰无线电系统甚至导致其失效。而惯性导航系统(简称惯导系统)依靠陀螺仪和加速度计进行航位推算,不依靠外部信息,不易受到地形、天气、磁场等外部环境的影响,可靠性和隐蔽性好,有望成为跨极区运载体的主要导航手段。惯性导航系统在接近极点的过程中,经线收敛会导致极点附近经度定义及航向基准失效,经度误差和航向角误差显著增大,且面临陀螺施矩困难的问题。为解决惯性导航系统在极区面临的问题,研究人员提出了多种极区导航算法,但由于目前跨极区航行较难实现,极区导航算法大多通过纯数值仿真进行验证。传统技术通常是利用中低纬度下积累的大量试验数据进行极区导航的半实物仿真。例如,通过将中低纬度地区的航行轨迹旋转到高纬度地区,或是在地球的球体近似下将极点人为定义在试验区域内。但由于地球实际形状更接近椭球体,不同纬度的曲率不同,且地球绕地轴自转,因此将航行轨迹直接向高纬度平移或人为定义极点都不够符合运载体实际在极区内的状况,其惯性导航系统输出的导航数据准确率较低。技术实现要素:基于此,有必要针对传统技术中惯性导航系统输出的导航数据准确率较低的问题,提供一种惯性导航数据的重构方法、装置、计算机设备和存储介质。第一方面,本申请实施例一种惯性导航数据的重构方法,包括:将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。在其中一个实施例中,将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,包括:对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度做三角函数变换,得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度信息;将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息。在其中一个实施例中,根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息,包括:根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径、卯酉面曲率半径和运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度;将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息。在其中一个实施例中,上述方法还包括:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的运行轨迹。在其中一个实施例中,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据,包括:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据。在其中一个实施例中,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据,包括:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,计算地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的姿态信息和运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵;根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。在其中一个实施例中,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据,包括:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度;根据测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和重力加速度,确定运载体的加速度计重构数据。第二方面,本申请实施例提供一种惯性导航数据的重构装置,包括:转换模块,用于将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;第一确定模块,用于根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;第二确定模块,用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。第三方面,本申请实施例提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现以下步骤:将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。第四方面,本申请实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。上述惯性导航数据的重构方法、装置、计算机设备和存储介质,能够首先将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,然后根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息,最后根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。该方法的重构过程建立在地球参考椭圆模型下,不会引入球体假设带来的原理误差,且基于地球参考椭圆定义的横向地理坐标系,重构过程不会受到极点附近经线收敛的影响,其大大提高了输出的惯性导航重构数据的准确度。附图说明图1为一个实施例提供的计算机设备的内部结构示意图;图2为一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图2a为一个实施例提供的坐标系示意图;图3为另一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图4为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图5为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图5a为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图5b为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图;图6为一个实施例提供的惯性导航数据的重构装置的结构示意图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。本申请实施例提供的惯性导航数据的重构方法,可以适用于为运载体在高纬度航行时惯性导航系统输出准确的重构导航数据的过程,其可以适用于如图1所示的计算机设备。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器,该存储器中存储有计算机程序,处理器执行该计算机程序时可以执行下述方法实施例的步骤。可选的,该计算机设备还可以包括网络接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器,该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。可选的,该计算机设备可以是服务器,可以是个人计算机(personalcomputer,简称pc),还可以是个人数字助理,还可以是其他的终端设备,例如平板电脑(portableandroiddevice,简称pad)、手机等等,还可以是云端或者远程服务器,本申请实施例对计算机设备的具体形式并不做限定。需要说明的是,下述方法实施例的执行主体可以是惯性导航数据的重构装置,该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为计算机设备的部分或者全部。下述方法实施例以执行主体为计算机设备为例进行说明。图2为一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备确定运载体的惯性导航重构数据的具体过程。如图2所示,该方法包括:s101,将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息。其中,传统地理坐标系(可以表示为n系)的定义方式可以参见图2a所示的坐标系示意图中的on-ned,本地水平面法线向下为d轴,n轴在本地水平面内指向北极,e轴在本地水平面内指向东,构成右手正交坐标系。传统地理坐标系导航信息中的位置可以采用经纬度和高度表示,纬度为本地水平面法线与赤道面的夹角,经度为本地水平面法线在赤道面上的投影与格林威治子午面的夹角,高度为运载体系统与本地水平面的距离,姿态信息可以采用航向角、仰俯角和横滚角表示。横向地理坐标系(可以表示为n’系)为基于地球参考椭球所定义的,其与传统ned坐标系近似对称,可获得传统ned坐标系在中低纬度地区所具有的优势,n’系的定义方式可以参见图2a所示的坐标系示意图中的on-xn’yn’zn’,本地水平面法线向下为zn’轴,本地水平面法线与它在格林威治子午面上的投影构成的平面pqm与本地水平面的交线指向赤道的方向定义为xn’轴,yn’轴在本地水平面内构成右手正交坐标系。横向地理坐标系导航信息中的位置也可以采用经纬度和高度表示,纬度为本地水平面法线与格林威治子午面的夹角,经度为本地水平面法线在格林威治子午面上的投影与地轴的夹角,高度为运载体系统与本地水平面的距离,姿态信息也可以采用航向角、仰俯角和横滚角表示。具体的,计算机设备获取的传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,可以为通过实际试验所获得的,为了模拟运载体接近极点的虚拟轨迹及重构数据,需将数据重构过程完全转换在横向地理坐标系中完成。在信息转换过程中,可以设定高度信息保持不变,将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,经过一系列数学运算转换为在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息。s102,根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限。其中,按照当前的地理划分,可以将全球纬度划分为低纬度、中纬度和高纬度,[0,30]为低纬度,(30,60]为中纬度,(60,90]为高纬度,本实施例中的第一纬度可以包括低纬度和中纬度,第二纬度包括高纬度。需要说明的是,还可以根据实际考察需要,按其他地理划分方式对纬度进行划分,只要满足第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限即可。具体的,计算机设备可以根据横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定在第二纬度下的位置、速度和姿态信息。在运算时,可以假定运载体相对于地球表面的姿态和运行速度不变,假设运载体在第一纬度下时刻t经过pt点,将该点移动到第二纬度下的~pt点,那么计算机设备根据运载体在第一纬度下的位置信息,经过数学运算及积分过程,可以得到运载体在第二纬度下的位置信息。由于运载体在横向地理坐标系中第一纬度下会存在一个运行轨迹,对于运行轨迹中每个时刻的位置、速度和姿态信息,都可推导出其在第二纬度下对应时刻的位置、速度和姿态信息,因此可以得到运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息。可选的,根据上述运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息,计算机设备可以确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的运行轨迹,即为重构的运行轨迹。s103,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。其中,运载体坐标系(可以表示为b系)为运载体系统基座所在的坐标系,测量坐标系(可以表示为m系)为运载体中安装的加速度计和陀螺仪输出信息所在的坐标系,惯性坐标系(可以表示为i系)为惯性导航空间的坐标系。地球坐标系(可以表示为e系)的定义方式可以参见如图2a所示的坐标系示意图中的o-xeyeze,坐标系原点位于地球质心,坐标轴与地球固定,ze轴与地球自转轴重合,xe轴指向格林威治子午线与赤道的交点,ye轴方向构成右手正交坐标系。测量坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度为运载体中陀螺仪的输出信息,运载体在测量坐标系中的比力矢量fm为运载体中加速度计的输出信息,而陀螺仪的输出信息和加速度计的输出信息为最终所要重构的惯性导航数据。具体的,计算机设备根据上述得到的运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息,以及运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,经过一系列数学运算可以确定运载体的惯性导航重构数据。本实施例提供的惯性导航数据的重构方法,计算机设备首先将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,然后根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息,最后根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。该方法的重构过程建立在地球参考椭圆模型下,不会引入球体假设带来的原理误差,且基于地球参考椭圆定义的横向地理坐标系,重构过程不会受到极点附近经线收敛的影响,其大大提高了输出的惯性导航重构数据的准确度。图3为另一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息的具体过程。在上述实施例的基础上,可选的,如图3所示,s101可以包括:s201,对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度做三角函数变换,得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度信息;将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度。具体的,计算机设备对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度l和经度λ做三角函数变换,可以得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度l′和经度λ'。可选的,可以根据的关系式,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度l′和经度λ'。另外,将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度h作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度h’,即h=h’。s202,根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度。具体的,计算机设备可以根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度vn和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度vn'。可选的,计算机设备可以根据的关系式确定vn';其中,可以根据的关系式来确定,β为n系转换到n’系的旋转角,该角可以通过以下关系式来确定:s203,根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息。具体的,计算机设备可以根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和上述传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息其中,表示运载体坐标系到传统地理坐标系的方向余弦阵,可以作为运载体在传统地理坐标系中的姿态信息;表示运载体坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,可以作为运载体在横向地理坐标系中的姿态信息。可选的,可以根据的关系式,确定姿态信息本实施例提供的惯性导航数据的重构方法,计算机设备根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度、经度、高度、速度和姿态信息,分别确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的各信息,可以提高得到的在横向地理坐标系中第一纬度下各个信息的准确度,进而提高惯性导航重构数据的准确度。图4为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息的具体过程。在上述实施例的基础上,可选的,如图4所示,s102可以包括:s301,根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度。具体的,计算机设备可以根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度vn'、高度h’(即h)、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角β、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度可选的,可以根据的关系式,确定公式中,假定分别表示vn'在e’和n’方向上的矢量;系数其中,变量a和e分别表示地球参考椭球模型的半长轴和偏心率,可以用的关系式确定,[·]表示根据括号内部向量构建反对称矩阵积分的过程。s302,根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径、卯酉面曲率半径和运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度。具体的,计算机设备可以根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度vn'、高度h’(即h)、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角β、子午面曲率半径卯酉面曲率半径和上述运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度可选的,可以根据的关系式,确定其中,其他的参数解释可参见上述描述。s303,根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度。具体的,计算机设备可以根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度vn',确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度可选的,可以根据的关系式,确定其中,假定表示vn'在d’方向上的矢量。s304,将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息。具体的,由于假设运载体相对于地球表面的姿态和运行速度不变,因此可以直接将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息,即本实施例提供的惯性导航数据的重构方法,计算机设备根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度、经度、高度、速度和姿态信息。由此提高得到的在横向地理坐标系中第二纬度下各个信息的准确度,进而提高惯性导航重构数据的准确度。图5为又一个实施例提供的惯性导航数据的重构方法的流程示意图。本实施例涉及的是计算机设备确定运载体的惯性导航重构数据的具体过程。在上述实施例的基础上,可选的,如图5所示,s103可以包括:s401,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。具体的,假定运载体在向第二纬度运行的过程中运载体相对于n’系的姿态不变,即那么计算机设备可以根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置(包括纬度、经度和高度)、姿态信息运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度确定运载体的陀螺仪重构数据可选的,如图5a所示,计算机设备确定运载体的陀螺仪重构数据的过程可以包括以下步骤:s401a,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,计算地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵。可选的,计算机设备可以根据的关系式,计算第二纬度下地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵s401b,根据地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的姿态信息和运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵。具体的,因假设则在该关系式中,需要重构的量包括和根据不同的系统结构,式中的两个未知量和将有一方是确定的。惯性导航系统根据惯性导航仪表安装方式的不同可分为平台式和捷联式两类。平台式系统中加速度计和陀螺仪安装在稳定平台上,陀螺仪的输出用于伺服控制平台稳定在已知的某坐标系中,加速度计输出平台坐标系(p系)中表示的比力。此时为由陀螺漂移角速度引起的平台漂移角速度,指示了m系与b系之间的旋转关系,在假设惯性导航仪表精度水平不发生明显变化时,可设定即附加的条件,根据式中关系可解得捷联式系统中加速度计和陀螺仪直接与运载体固连,指示了m系与b系之间固定的安装关系,因此可假设根据式中关系可解得即得到测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵s401c,根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。具体的,计算机设备根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度确定运载体的陀螺仪重构数据可选的,可以根据的关系式,确定其中,为常值向量ωie=7.292115×10-5rad/s。s402,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据。具体的,计算机设备根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置(包括纬度、经度和高度)及速度确定运载体的加速度计重构数据可选的,如图5b所示,计算机设备确定运载体的加速度计重构数据的过程可以包括以下步骤:s402a,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵。可选的,计算机设备首先可以根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置由的关系式,得到第二纬度下地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵再根据和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵由的关系式,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵需要说明的是,因有运载体系统相对地球表面状态不变的假设,那么重构数据前的各变量计算方法和重构变量数据的计算方法类似,如也有即带有~表示重构数据,不带~表示原始数据。s402b,根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度。可选的,计算机设备可以根据的关系式,确定地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度再根据的关系式,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度其中,s403c,根据测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和重力加速度,确定运载体的加速度计重构数据。可选的,n’系中速度的微分方程可以为根据运载体系统相对地球表面运动速度不变的假设,有以下关系式:那么可以确定运载体的加速度计重构数据为:上述公式中括号内的推导过程为其中,(或)为测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,与为反向余弦阵,为横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,为地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,vn′为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度,gn′和分别为原轨迹和重构轨迹对应重力加速度。本实施例提供的惯性导航数据的重构方法,计算机设备根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据和加速度计重构数据,该重构过程假设系统相对于地球表面姿态和运动速度不变,符合实际在极区工作的情况,能够输出准确度较高的重构导航数据。并且根据试验数据重构极区虚拟数据的半实物仿真验证,更加反应实际运载体的运行情况。应该理解的是,虽然图2-图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图2-图5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。图6为一个实施例提供的惯性导航数据的重构装置的结构示意图。如图6所示,该装置包括:转换模块11、第一确定模块12和第二确定模块13。具体的,转换模块11,用于将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息。第一确定模块12,用于根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限。第二确定模块13,用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。本实施例提供的惯性导航数据的重构装置,可以执行上述方法实施例,其实现原理和技术效果类似,在此不再赘述。在其中一个实施例中,转换模块11,具体用于对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度做三角函数变换,得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度信息;将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息。在其中一个实施例中,第一确定模块12,具体用于根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径、卯酉面曲率半径和运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度;将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息。在其中一个实施例中,上述装置还包括第三确定模块,用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的运行轨迹。在其中一个实施例中,上述第二确定模块13包括第一确定单元和第二确定单元;第一确定单元,用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据;第二确定单元,用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据。在其中一个实施例中,第一确定单元,具体用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,计算地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的姿态信息和运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵;根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。在其中一个实施例中,第二确定单元,具体用于根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度;根据测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和重力加速度,确定运载体的加速度计重构数据。关于惯性导航数据的重构装置的具体限定可以参见上文中对于惯性导航数据的重构方法的限定,在此不再赘述。上述惯性导航数据的重构装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图1所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种惯性导航数据的重构方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。本领域技术人员可以理解,图1中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现以下步骤:将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。本实施例提供的计算机设备,其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似,在此不再赘述。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度做三角函数变换,得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度信息;将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径、卯酉面曲率半径和运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度;将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的运行轨迹。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,计算地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的姿态信息和运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵;根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度;根据测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和重力加速度,确定运载体的加速度计重构数据。在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,转换为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息;第二纬度的纬度范围下限大于第一纬度的纬度范围上限;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、速度和姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵、以及地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的惯性导航重构数据。本实施例提供的计算机可读存储介质,其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似,在此不再赘述。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:对运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度做三角函数变换,得到运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的纬度和经度信息;将运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的高度作为运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的高度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的速度和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度;根据运载体在传统地理坐标系中第一纬度下的姿态信息和传统地理坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵,确定运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的姿态信息。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径和卯酉面曲率半径,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度、高度、传统地理坐标系到横向地理坐标系的旋转角、子午面曲率半径、卯酉面曲率半径和运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的纬度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的经度;根据运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的高度;将运载体在横向地理坐标系中第一纬度下的速度和姿态信息作为运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和姿态信息。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的多个位置、速度和姿态信息,确定运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的运行轨迹。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置、姿态信息、运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和速度,确定运载体的加速度计重构数据。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,计算地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据地球坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的姿态信息和运载体坐标系到测量坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵;根据测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度,确定运载体的陀螺仪重构数据。在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置和测量坐标系到地球坐标系的方向余弦阵,确定测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵;根据运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的位置,确定横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度和地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度;根据测量坐标系到横向地理坐标系的方向余弦阵、横向地理坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、地球坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度、运载体在横向地理坐标系中第二纬度下的速度和重力加速度,确定运载体的加速度计重构数据。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,ram以多种形式可得,诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12当前第1页12
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