基于网格参考系的罪恶/ CNS组合导航系统在极地地区

文摘

作为惯性导航系统不能满足全球导航的精度要求在极地地区的特殊地理环境,介绍了捷联式惯性导航系统(SINS) /天文导航系统(CNS)组合导航系统基于网格的机载参考系(平)和仿真。仿真的结果表明,罪恶/ CNS组合导航系统的精度和性能优于单一子系统,这不仅有效地抑制陀螺漂移带来的误差也及时纠正系统的导航参数。比较中、低纬度地区的模拟在极地,罪恶/ CNS组合导航系统的精度是相同的在中、低纬度地区和北极地区。

1。介绍

随着科学技术的发展,经济的变化,军事形势,能源、运输、科学研究、军事价值的极地地区变得越来越突出,国家在极地地区的活动也越来越频繁。然而,现有的导航设备可靠性低的问题和糟糕的安全在极地地区,因为很少有居民在地方,独特的地形和地貌条件。

目前,安排算法和误差分析的重点是研究机载导航在极地地区。没有建立完整的理论系统,可以支持实际的极地的导航系统,有许多迫切需要解决的问题。罪被认为是独立的助航设备的首选极地导航,但罪已经随着时间的推移积累误差的限制。很难仅仅依靠罪恶完成高精度和长期的机载导航。因此,迫切需要引入外部参考信息和惯性导航系统的组合在极地导航数据融合(1,2]。

2。中间的罪恶/ CNS组合导航系统和较低的纬度

中枢神经系统是一个基于坚不可摧的自然天体导航。星传感器通常用于检测恒星地图来确定飞机的态度,相对于惯性坐标系,态度很高精度的结果。然而,中枢神经系统的更新率很低,并且不能提供实时信息速度和飞机的位置。中枢神经系统的高精度的态度,罪恶/ CNS组合导航系统的误差修正的罪与时间来提高组合导航系统的测量精度(3,4]。

2.1。罪/ CNS组合导航系统的原则

根据不同的安装方法,星敏感器和惯性设备,罪恶/ CNS组合导航系统的工作模式可以作为捷联式模式。飞机是由罪的三轴姿态罪/ CNS组合导航系统,和星敏感器输出惯性坐标系的变换矩阵,相对于恒星传感器坐标系。组合的过程如下。

第一,相对于惯性坐标系的变换矩阵传感器坐标系,计算的罪恶的立场和态度。第二,罪恶的变换矩阵和星敏感器输出的变换矩阵,这是减去测量发送给卡尔曼滤波器的信息融合获得组合导航系统的最优估计值。最后,综合导航系统的最优估计值,用于调整误差的罪;它是组合导航系统的结果5,6]。罪/ CNS组合导航系统的结构图表如图1。

2.2。罪的状态空间模式/ CNS组合导航系统中、低纬度地区

坐标系统是星敏感器的测量坐标系;星敏感器的输出矩阵的态度这是明星传感器坐标系相对于惯性坐标系。由于星敏感器的精度高,星敏感器误差可以忽略,只要明星传感器的安装误差是严格校准(7,8]。星敏感器的变换矩阵可以得到如下:

错误的态度可以认为是高斯白噪声。

各种各样的感到满意

测量坐标系的变换矩阵星传感器身体协调系统b ,矩阵的罪的态度 ,罪的位置矩阵 ,和惯性坐标系的变换矩阵相对于地面坐标系统 ;然后计算的变换矩阵的罪 在哪里 , 。

所以 在哪里

当态度的不同角度来衡量的罪和中枢神经系统很小,cross-coupled项变换矩阵可以近似为零。罪/ CNS组合导航系统的测量是星敏感器的变换矩阵减去的变换矩阵计算的罪;它是

和上升的差异和赤纬差异;是一个小角弧秒,所以可以忽略经度和纬度的影响, ;它可以简化如下: 任命 它可以获得

2.3。罪的模拟和分析/ CNS组合导航系统中、低纬度地区

罪/ CNS组合导航系统的仿真时间中、低纬度地区是600年代,姿态更新的时候,速度更新,和位置更新20 ms,和惯性传感器的采样周期是10 ms (9]。在仿真中,参数设置如下:

罪的初始误差如下。

最初的错误态度 ,初始速度误差 ,和初始位置误差 。

惯性传感器的参数如下。(1)随机常数陀螺仪的漂移 ,陀螺仪的随机游走系数 ,和比例因子误差是30 ppm。(2)随机不断漂移加速度计是40 ug和加速度计的随机游走系数 。

星敏感器的参数如下。

水平角的测量精度 ,角的方位角测量精度 ,和中枢神经系统之间安装的错误和罪恶 。

这些参数在极地地区是一样的。仿真结果显示在图2。

(1)罪的态度错误/ CNS中、低纬度地区的显示如图2(一个)。中枢神经系统的态度被认为是观察的罪恶/ CNS组合导航系统中的信息,态度是加快收敛速度,罪恶/ CNS组合导航系统的测量精度是有效改善,,几秒钟后,错误的态度是0.15′。

(2)速度误差和位置误差的罪恶/ CNS中、低纬度地区的显示数据2 (b)和2 (c)。他们是发散的罪恶/ CNS组合导航系统,因为中枢神经系统无法提供飞机的速度和位置的实时信息。

(3)不断的陀螺漂移和加速度计的罪恶/ CNS中、低纬度的显示数据2 (d)和2 (e)。水平的态度错误是组合导航系统的主要误差;方位姿态误差的影响相对较弱。常数陀螺仪的漂移误差直接影响态度的态度由惯性导航系统提供的信息。最好是常数的陀螺仪的漂移,并发散的不断漂移加速度计的罪恶/ CNS组合导航系统。

3所示。罪/ CNS组合导航系统的算法基于网格参考系

为了避免在两极的方位参考线的收敛,所有的经度是重新定义平行于格林威治子午线(10,11]。这样,方位的态度是相对于格林威治子午线和它的平行线,网格导航。导航网格和网格坐标系统描述了作者的文学(12),所以作者不要生你不必要的细节。

天文导航是一个古老的方法导航和位置,以及天文导航的不可替代的天文导航的自主决定。即使在现在的时代,先进的无线电导航系统的发展和船舶定位的准确性和及时性都解决,天文导航仍坚定的导航。早在1989年,郭Honggui提出了极地地区的天文导航在文献[13]。

3.1。网格的关系取向和真正的北方

很难导航的真北因为极地经脉的收敛。北方方位惯性导航系统采用中间和较低的纬度,所以真北认为方位参考天文导航系统。克服极地经脉的收敛困难,采用格网系统的惯性导航系统和网格北被认为是天文导航系统的方位参考(13,14]。

此外,网格惯性导航系统的位置可以直接与极性图表,它可以实现的基础网格线在极地的图表。因为网格线平行于格林威治子午线,网格北的夹角(GN)和真北(TN)是由经度位置和收敛因子的图表(15- - - - - -17]。

北半球如下:GN = TN +经度(W)图表的收敛因子GN = TN -经度(E)图表的收敛因子

南半球的如下:GN = TN经度(W)图表的收敛因子GN = TN +经度(E)图表的收敛因子

3.2。罪的状态空间模式/ CNS组合导航系统在极地地区

因为明星传感器光轴与飞机固定连接,状态变量包含安装偏差角罪和恒星之间的传感器。它选择状态变量的罪恶/ CNS如下。的失调角 向东的失调角网格,网格向北的失调角,失调角网格方位。速度的错误 向东是网格的速度误差,网格向北的速度误差和速度误差的网格垂直。的位置错误 位置误差的轴,轴的位置误差和位置误差的z轴。常数陀螺仪的漂移 是不断漂移轴,轴的不断漂移,不断漂移z轴。加速度计的恒定的漂移 是不断漂移轴,轴的不断漂移,不断漂移z轴。安装偏差角的 安装偏差角的轴,轴的安装偏差角,z轴的安装偏差角。系统状态向量的罪/中枢神经系统

基于罪的误差状态方程和系统状态向量的罪恶/ CNS组合导航系统,罪恶/ CNS组合导航系统的状态方程可以得到如下:

在哪里

罪/ CNS组合导航系统的测量在极地的区别罪的变换矩阵和星敏感器的变换矩阵,所以罪的测量/ CNS组合导航系统在显示为极地地区 在哪里

3.3。罪的轨迹在极地地区/ CNS组合导航系统

6 h在SINS / CNS组合导航系统的仿真当飞机在极地;轨迹图所示3。

的参数轨迹的起点和纬度的高潮 。

速度的参数的初始速度和最高速度 。

3.4。罪/ CNS组合导航系统的仿真在极地地区

在模拟设备的参数是一样的中间,低纬度地区。仿真结果如图所示4。

(1)罪的失调角/ CNS组合导航系统在极地区域显示在图4(一);他们收敛在100年代,基本上相同的罪的态度错误/ CNS组合导航系统在中间和较低的纬度。

(2)速度误差和位置误差的罪在极地/ CNS组合导航系统显示在图4 (b)和4 (c);速度是舒勒周期振荡的错误;最大振幅不超过0.5 m / s。错误的位置是一样的速度的误差;这也是舒勒周期振荡和最大振幅不超过30米。

(3)不断的陀螺漂移和加速度计的罪恶/ CNS组合导航系统在极地区域显示在图4 (d)和4 (e);速度和位置的振幅误差也减少当陀螺仪和加速度计的常数漂移估计。速度和位置误差的幅度也减少。

(4)安装偏差角的误差的罪恶/ CNS组合导航系统在极地区域显示在图4 (f),错误的安装偏差角是依照失调角,和错误的安装偏差角的罪恶/ CNS组合导航系统在收敛于极地地区 。

4所示。总结

罪/ CNS组合导航系统在极地地区基于网格参考系是惯性力学的编排和克服困难的问题定位和取向所导致的机载子午线收敛。本文结合误差的罪,罪/ CNS组合导航系统的状态变量在极地地区基于网格参考系,罪的状态空间模式/ CNS组合导航系统在极地地区。仿真结果显示,极地地区的罪恶/ CNS组合导航系统可以抑制造成的误差常数陀螺漂移和正确的罪恶/ CNS组合导航系统的导航参数。相同精度的惯性组件,罪恶/ CNS组合导航系统的精度在极地和中、低纬度地区是一致的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

信息披露

研究区域检测和信息技术。

的利益冲突

我们声明,我们没有任何商业或关联利益代表的利益冲突与提交的工作。

确认

这项工作是支持的部分学校基础研究基金会2018年和中国的国家自然科学基金项目。51678470。

引用

1. l·布里格姆“极地海洋导航”,地球科学百科全书,第515 - 512页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. z赵,Y.-B。梁,j .胡“北极石油和天然气的潜力和勘探和开发趋势,”地球科学前沿,21卷,不。3,47-55,2014页。视图:谷歌学术搜索
3. c·杨,x, y, z . Li和c·苏,“遥操作控制基于波变量和神经网络的结合,“IEEE系统,人,和控制论:系统,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. G.-L。杨,L.-F。王,S.-J。杨:“在线标定方法现行的罪恶/ CNS组合导航系统,”《炮弹、火箭、导弹和指导,34卷,不。5,29-32,2014页。视图:谷歌学术搜索
5. 周,w l。赵,Y.-J。荣,X.-M。胡,J.-Y。马,”鲁棒自适应卡尔曼滤波算法基于MEMS-INS / GNSS组合导航,”导航和控制,17卷,不。4、14到20,2018页。视图:谷歌学术搜索
6. y . c .杨k黄h Cheng Li和c·苏,“触觉ELM-controlled确定机械手,鉴定”IEEE系统,人,和控制论:系统卷,47号8,2398 - 2409年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. L.-F。周,X.-M。赵,Z.-N。侯,C.-L。叮,“CNS /罪综合标定技术基于阻尼水平,”中国Guanxing Jishu学报/中国惯性技术学报,25卷,不。5,561 - 565年,2017页。视图:谷歌学术搜索
8. c .杨j .罗y, z . Liu和c·苏,“个性化变量与地震衰减增益控制机器人遥操作”IEEE系统,人,和控制论:系统,2017年,页1 - 12。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. X.-N。黄,J.-R。刘,w·杨,”一位头惯性导航系统精度的评价方法在飞行测试中,“导航和控制,卷4,7 - 12,2017页。视图:谷歌学术搜索
10. 傅问:问:周、秦y, y曰,“网格机械化在惯性导航系统中经过北极的飞机,”Xibei Gongye大学学报/西北工业大学学报没有,卷。31日。2、210 - 217年,2013页。视图:谷歌学术搜索
11. 李g . y .高,m . Liu, x光,“初始对准基于pseudo-earth帧的罪在极地地区,”传感器,17卷,不。6、2017。视图:谷歌学术搜索
12. L.-J。李歌,z, Q.-W。傅,b .他”,研究了SINS / GPS组合导航系统基于网格参考系经过北极的飞机,”系统仿真学报, 2018年。视图:谷歌学术搜索
13. H.-G。郭和W.-S。王,“极地地区的天文导航”,大连海事大学学报,15卷,不。3,43-48,1989页。视图:谷歌学术搜索
14. v . b . Larin和a . a . Tunik惯性导航系统误差修正。”国际应用力学,48卷,不。2、213 - 223年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. h .甄y . Wang和H.-B。Wnag”模拟地磁辅助潜艇导航基于EMAG2,”地球物理学进展,27卷,不。4、1795 - 1803年,2012页。视图:谷歌学术搜索
16. 问:李,y本、f . Yu和j . Tan“横向捷联式INS基于参考椭球车辆在极地地区,”IEEE车辆技术,卷65,不。9日,第7795 - 7791页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. Y.-Q。姚明,X.-S。徐、李y, Y.-T。刘,j .太阳,J.-W。通”,横向导航在地球椭球模型及其性能在极性和非极性区域,”期刊导航,卷69,不。2、335 - 352年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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