[发明专利]一种大空域三维相对导航方法

说明书

技术领域

本发明属于导航、制导与控制领域，具体涉及一种大空域三维相对导航方法。

背景技术

在沙漠旅行、深山救险、海上航行、抗震救灾等广泛领域，经常会面临着这样一种问题：多个运动体(车、船、人群)各自虽能借助携带的导航工具，了解运动体自身的空间位置，但难以制定移动方向，以便尽快彼此靠近和有效实现救援。问题的核心是，虽然运动体借助导航工具(譬如，GPS接收机)能确定自己的空间位置，但难以快速确定对方运动体相对自己的空间位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大空域三维相对导航方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种大空域三维相对导航方法，包括如下步骤：

通过携带现有的通用型卫星导航接收机，提供运动体A和运动体B各自在地心直角坐标系下的位置坐标(x_a,y_a,z_a)和(x_b,y_b,z_b)，或在大地坐标系下的经纬度与高程(L_a,B_a,H_a)和(L_b,B_b,H_b)；

当导航接收机提供的是运动体在WGS-84参考椭球体地心直角坐标系下的位置坐标，计算两运动体之间的坐标差，如下式1所示：

(Δx,Δy,Δz)＝(x_b-x_a,y_b-y_a,z_b-z_a) (1)

当导航接收机提供的是运动体在大地坐标系下的经纬度与高程(L_a,B_a,H_a)和(L_b,B_b,H_b),则用如下式(2)解算位置坐标(x_a,y_a,z_a)和(x_b,y_b,z_b)；

式中,a＝6378137±2m和分别是WGS-84参考椭球体的半长轴和第一偏心率；对运动体A和运动体B，通过式(2)实现大地坐标(L_a,B_a,H_a)和(L_b,B_b,H_b)到笛卡尔坐标之间转换，利用式(1)同样得到二者之间坐标差；

当通用型卫星导航接收机携带有简易的信号收发模块时，通过信息交互，A和/或B则快速确定对方相对于自己的坐标关系，而坐标差并不能直观地显示对方离自身的远近，以及相对位置与相对运动等情况，为此，建立运动体间相对直角坐标系，以运动体A为例：坐标原点为运动体A的接收机信号接收端口位置，X轴指向大地北极，Y轴指向天顶，Z轴与X和Y形成右手系。在运动体A相对直角坐标系下，确定运动体B的三维坐标如下式所示：

改用二者之间直线距离、方位角和高低角三个量来表示运动体A和运动体B之间相对位置几何关系，计算方法如下：

(a)径向距离

(b)方位角

(c)俯仰角

在抢险救灾等实际应用过程中，运动体之间的相对导航主要有随动和互动两种导引方法；随动导引方法：

以运动体A向B靠近为例，在运动体A导航接收机上增加信号接收模块和信号处理模块，在运动体B导航接收机上增加信号发送模块；

运动体B实时发送其本体的坐标(x_b,y_b,z_b)或大地经纬度与高程(L_b,B_b,H_b)数据。运动体A接收到B的位置数据后，与A的位置数据一道，经式(2)转换处理和式(1)比对做差，形成地心直角坐标系下的三维位置坐标差(Δx,Δy,Δz)，经式(3)转换形成运动体相对坐标系下的三维位置坐标差

利用三维位置坐标差由式(4)～式(6)实时计算运动体B相对运动体A的距离、方位和高低角，导引运动体A向运动体B靠近；