[发明专利]用地球椭球模型改进的捷联惯导极地横向导航方法

说明书

本发明涉及一种用地球椭球模型改进的捷联惯导极地横向导航方法，该方法中在地球椭球模型下，极区横向导航成为一个复杂的耦合问题。考虑到三维运动的耦合，重新推导了地球椭球模型横向导航更严格的改进方法。从欧几里得坐标与球面坐标之间的关系出发，详细推导了基于地球椭球模型的极地横向导航方程。给出了姿态，位置和速度计算的完整推导过程。本文的新推导过程完全避免了椭球半径的求解。数值结果表明，所提出的横向导航方法优于传统方法，尤其是在垂直运动条件下。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种用地球椭球模型改进的捷联惯导极地横向导航方法。

背景技术

随着全球交通的发展，极区导航技术已成为航海领域的研究热点。由于其特殊的地理特性，卫星导航、无线电导航和地磁导航等一般导航方法在极地地区并不总能有效地工作。惯性导航不受极地地磁变化和太阳风暴等外部条件的影响，考虑到不受外界影响的优点，推荐捷联惯性导航系统(INS)在极地地区的广泛使用。

但是，由于地理子午线在极地地区迅速汇聚，传统的惯性导航方法在极地地区失效。传统的经度和纬度作为位置参考的捷联惯导系统中的所有方法在这种情况下都不能提供准确的位置和方位。针对这一问题，文献(Inertial Navigation System)提出了横向坐标系统及其相应的导航方法。

传统的横向导航采用地球球形模型，带来地理坐标系统横向旋转简洁和便利的优势。但是，地球是一个椭球体，相应的简化必然引入惯性导航系统的误差。球面模型引起的误差主要是振荡误差形式，可采用阻尼技术加以抑制。然而，速度的常值误差仍然存在。由于这些误差的存在，对于高精度惯导系统，采用球体模型进行横向导航是不可行的。

为了进一步提高导航精度，许多研究致力于解决这些误差。文献(TransverseNavigation under the Ellipsoidal Earth Model and its Performance in bothPolar and Non-polar areas)和(Transversal Strapdown INS based on ReferenceEllipsoid for Vehicle in Polar Region)提出了地球椭球模型来解决地球球形模型不准确造成的理论误差。但是存在以下不足：

1、微分方程中需引入附加的角度参数才能得到半径的解析解；

2、横向子午线的个别半径或横向卯酉圈的个别半径不太适合横向导航的耦合；忽略了横向导航的高度；

发明内容

本发明的目的在于提供一种用地球椭球模型改进的捷联惯导极地横向导航方法，该方法不受垂直方向上震荡的影响，具有较高的导航精度。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种用地球椭球模型改进的捷联惯导极地横向导航方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：定义横向坐标系；

令e^t为横向坐标系，地球中心o为坐标原点，x_et轴为沿着地球的自转轴，初始子午面与赤道平面的交线为y_et轴，定义与x_et、y_et轴都垂直的轴为z_et轴；

步骤2：定义横向的纬度和经度，令原地球初始子午线所在的子午圈为横轴赤道，M为地球表面的一个点，M点的几何法线与横赤道面之间的交叉角定义为M处的横向纬度将地理经度为90°E的地理子午线圈的北半球部分定义为初始横向子午线，横向子午面与初始横向子午线之间的夹角定义为点M处的横向经度λ^t；