[发明专利]无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法及系统

权利要求书

1.一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算加速度：利用INS加速度计输出的比力信号计算无人机在导航坐标系下的第一加速度，并利用GNSS接收机输出的无人机速度信息计算无人机的第二加速度；

修正方位陀螺误差：将无人机的第一加速度和第二加速度进行叉乘运算，得到方位陀螺仪误差修正量，利用方位陀螺仪误差修正量修正方位陀螺误差，获得方位陀螺仪估计值；

修正无人机航向角：利用方位陀螺仪估计值解算无人机的航向角，并作为观测量实时修正INS/GNSS组合导航系统输出的无人机航向角，获得准确的无人机航向信息；

修正无人机航向角的过程具体包括以下步骤：

步骤1：根据惯导系统误差基本方程建立组合导航系统的状态方程，取平台误差角φ＝[φ_x φ_y φ_z]^T、速度误差δV＝[δV_x δV_y δV_z]^T、纬度误差δL、经度误差δλ、高度误差δh、加速度计Δ＝[Δ_x Δ_y Δ_z]^T和陀螺仪漂移ε＝[ε_x ε_y ε_z]^T作为状态量构建状态方程，其中，下标x、y和z表示在导航坐标系n下的分量；

步骤2：以GNSS接收机输出的位置和速度分别减去INS输出的位置和速度的差作为位置速度观测量，以相邻两个计算周期内无人机航向角估计值的差作为航向观测量，以无人机估计航向角作为姿态观测量，建立组合导航系统的观测方程；

步骤3：利用最优滤波实时估计状态方程中的状态量，并根据平台误差角的估计值修正惯导系统解算的航向角；

步骤4：对方位陀螺仪估计值进行积分获得无人机航向角的估计值；

步骤5：根据步骤4中得到的无人机航向角的估计值更新组合导航系统的观测方程，并获得无人机实时航向角信息。

2.根据权利要求1所述的一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法，其特征在于，加速度计算的过程具体包括以下步骤：

利用捷联姿态矩阵估计值将INS加速度计输出的比力信号变换到导航坐标系下，并计算在导航坐标系下无人机的加速度，作为无人机的第一加速度；

对GNSS接收机输出的无人机速度进行差分获得无人机在导航坐标系下的估计加速度，作为无人机的第二加速度。

3.根据权利要求1所述的一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法，其特征在于，根据平台误差角的估计值修正惯导系统解算的航向角，具体包括以下步骤：

步骤1：利用平台误差角的估计值构建修正矩阵，所述修正矩阵为：

其中，I为单位矩阵，表示由平台误差角φ的估计值构成的反对称矩阵，下标n表示导航坐标系；

步骤2：计算修正矩阵的转置矩阵并利用转置矩阵计算捷联姿态矩阵的估计值，计算公式为：

其中，为捷联姿态矩阵，为修正矩阵的转置；

步骤3：利用捷联姿态矩阵的估计值计算出无人机的航向角。

4.根据权利要求3所述的一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法，其特征在于，捷联姿态矩阵的计算公式为：

其中，上角标p表示平台坐标系，下角标b表示载体坐标系，f(θ,γ,ψ)表示由俯仰角θ、横滚角γ和航向角ψ为自变量的函数。

5.一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正系统，所述系统使用如权利要求1-4任一项所述的一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法。