專利名稱：車載快速定位定向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型車載快速定位定向方法，特別是提供一種零速修正、可靠性好、精度高的車載快速定位定向方法。
背景技術(shù)：
高技術(shù)條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)之一，是分散部署、火力集中、精確打擊。因此，就需要導(dǎo)彈及火箭發(fā)射車實時提供靜態(tài)和動態(tài)情況下發(fā)射車的航向、地理坐標(biāo)位置、高程，對偵察車的使命就是在戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行偵察作業(yè)，完成對打擊對象的搜索、定位的任務(wù)。為此，導(dǎo)彈和火箭發(fā)射車、戰(zhàn)場偵察車等就必須裝備先進(jìn)的探測設(shè)備，要求作業(yè)快速準(zhǔn)確，隱蔽性好，轉(zhuǎn)換迅速，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。這種能提供航向、位置、高程等參數(shù)的系統(tǒng)，就是車載定位定向系統(tǒng)。
目前，車載的定位定向系統(tǒng)種類較多，根據(jù)應(yīng)用對象不同，技術(shù)方案各異，但大體可分為三類(1)平臺式慣性測量系統(tǒng)使用高精度機(jī)械陀螺和加速度表，構(gòu)成三環(huán)平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)，采用零速修正技術(shù)，抑制導(dǎo)航誤差的發(fā)射，水平定位誤差，一般在30米(CEP)以下，航向誤差小于1.5mil(1)。ULISS30(法國)、FILS-3(英國)、GEO-SPN(美國)系統(tǒng)等以及我國六一八所、七0七所研制的測地系統(tǒng)屬于此類。但該系統(tǒng)缺點(diǎn)是零速修正要停車，可靠性很差，準(zhǔn)備時間長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難。
(2)航向保持機(jī)構(gòu)加里程計采用雙軸平臺結(jié)構(gòu)，跟蹤當(dāng)?shù)厮矫?。航向保持陀螺則用捷聯(lián)方式，通過航向信息和里程計輸出，推測載體位置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但精度偏低，可靠性較差。這類系統(tǒng)有FNA55(德國)、NFS(以色列)、LNS、ANS2000(美國)等等。
(3)捷聯(lián)式慣導(dǎo)加其它信息源(GPS、里程計、地理信息等)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)多用光學(xué)陀螺(激光陀螺、光纖陀螺)和加速度表構(gòu)成捷聯(lián)式慣導(dǎo)，以慣導(dǎo)信息為主，里程計、GPS、地理信息等為輔，用卡爾曼濾波技術(shù)實現(xiàn)信息的最優(yōu)綜合以獲得導(dǎo)航參數(shù)。國外的這類產(chǎn)品有法國的SIGMA30、EPSILON、德國的FNA2012、英國的FIN1155、美國的LLN-80、II-726等等。國內(nèi)有多家單位也正在研制同類系統(tǒng)，但該類產(chǎn)品依賴衛(wèi)星較多，在純慣導(dǎo)導(dǎo)航時，仍需要停車零速修正，否則精度仍不能滿足要求，還存在多信息的組合模式單一等缺陷。
因此，改善車載零速修正，提高系統(tǒng)可靠性和精度，則是現(xiàn)有技術(shù)中有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種零速修正、可靠性好、精度高的車載快速定位定向系統(tǒng)及定位定向方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的車載快速定位定向方法，該方法通過含車載激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息及數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的軟、硬件系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行優(yōu)選模式順序；所述快速定位定向方法包括下列步驟1)初始對準(zhǔn)；在地理坐標(biāo)系里，慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)為地球的北向和地球水平面對準(zhǔn)；2)由里程計獲取里程信息，同時將里程計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；3)組合導(dǎo)航解算里程信息，同時向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式5；4)由高度計獲取高程信息，同時將高度計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；5)由氣壓高度計進(jìn)行高度補(bǔ)償，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式4；6)由①電子地圖②慣導(dǎo)系統(tǒng)自主測繪的地理信息獲取地理信息，同時將地理信息工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；7)由里程計、地理信息中的經(jīng)緯度進(jìn)行誤差校正，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式3；8)取GPS/GLONASS/BD信息，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式2；同時將GPS工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；9)通過卡爾曼濾波，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式1；10)數(shù)據(jù)處理器輸出并顯示地理坐標(biāo)及航向角。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)綜合了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定位定向和衛(wèi)星定位的優(yōu)勢并且功能可互補(bǔ)。
(2)激光慣導(dǎo)系統(tǒng)/里程計/高度計組合的系統(tǒng)模式可獨(dú)立進(jìn)行自主定位定向和高度的輸出。
(3)激光慣導(dǎo)/GPS/GLONASS/BD地理信息/里程計/高度表可組成系統(tǒng)的多種工作模式，可實現(xiàn)衛(wèi)星資源可利用的條件下，可精確定位定向和高程輸出。
(4)系統(tǒng)可實現(xiàn)對衛(wèi)星正常使用的故障判別，系統(tǒng)自動識別和轉(zhuǎn)切換其它的工作模式。
(5)該系統(tǒng)具備對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和激光陀螺慣性定位定向數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理的功能，并且可以快速定位定向、停車持續(xù)行駛保持很高的定位定向精度。


圖1本發(fā)明車載快速定位定向方法的流程圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所述新型車載快速定位定向系統(tǒng)，包括車載激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息及數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器采用進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息交換的工控機(jī)即可。本發(fā)明所用硬件均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)。
參見圖1，車載快速定位定向方法，該方法通過含車載激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息及數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的軟、硬件系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行優(yōu)選模式順序；所述快速定位定向方法包括下列步驟(1)初始對準(zhǔn)，即慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始位置為地球的北向和地球水平面對準(zhǔn)；(2)由里程計獲取里程信息，同時將里程計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(3)組合導(dǎo)航解算里程信息，同時向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式5；(4)由高度計獲取高程信息，同時將高度計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；
(5)由壓高度計進(jìn)行高度補(bǔ)償，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式4；(6)由①電子地圖②慣導(dǎo)系統(tǒng)自主測繪的地理信息獲取地理信息，同時將地理信息工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(7)由里程計、地理信息中的經(jīng)緯度進(jìn)行誤差校正，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式3；(8)獲取GPS/GLONASS/BD信息，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式2；同時將GPS工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(9)通過卡爾曼濾波，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式1；(10)數(shù)據(jù)處理器輸出并顯示地理坐標(biāo)及航向角。
系統(tǒng)工作原理參見圖2、圖3，該系統(tǒng)是多信息融合后的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，利用三軸激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)建立導(dǎo)航基準(zhǔn)，并初始對準(zhǔn)，然后實時進(jìn)行坐標(biāo)矩陣變換測量載體相對于慣性空間的運(yùn)動參數(shù)，并經(jīng)過計算后，實施導(dǎo)航任務(wù)。在給它初始條件下，由導(dǎo)航計算機(jī)計算出載體的速度、位置坐標(biāo)以及載體的姿態(tài)和航向角。由于純慣導(dǎo)的精度在開始工作時或較短的時間內(nèi)很高，但從初始對準(zhǔn)開始，由于陀螺的漂移它的誤差就隨時間而積累，精度隨時間而降低。為了有效減弱慣導(dǎo)系統(tǒng)的積累性誤差，滿足發(fā)射車全過程的要求，系統(tǒng)選擇了GPS/GLONASS/BD+里程計+地理信息+高度計用以提供的數(shù)據(jù)作為外部信息頻繁地校正慣導(dǎo)系統(tǒng)，從而通過卡爾曼濾波有效的信息融合形成一種組合導(dǎo)航定位定向系統(tǒng)，使其在任務(wù)環(huán)境下，精確地輸出所要求的地理坐標(biāo)及航向角。在這種多信息融合組合導(dǎo)航下，系統(tǒng)遵循對衛(wèi)星信息用而不靠的原則，在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，規(guī)劃出多信息融合中的優(yōu)選順序，使其實時處于導(dǎo)航狀態(tài)。參見圖1，其優(yōu)選模式順序為激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息；純GPS/GLONASS/BD；激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計+地理信息；激光陀螺慣性導(dǎo)航+地理信息。
當(dāng)某一部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切換到另外的模式繼續(xù)工作，從而使系統(tǒng)具有冗余度，提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)設(shè)計中，當(dāng)系統(tǒng)靠慣性自動導(dǎo)航時，設(shè)計了一種不停車，依靠自主測繪的地理信息與慣性導(dǎo)航時組合，即安裝有激光陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的車在初始對準(zhǔn)后起步，然后每隔3～4min停車約10～20s，在每個停車點(diǎn)上，理論上其速度、加速度為零。但是，由于系統(tǒng)誤差和擾動重力場的影響，編排計算的速度值不等于零，對要行駛的路線作零速誤差測量后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后得到零速誤差序列為δVi，利用樣條函數(shù)等擬合一條光滑連續(xù)的速度誤差曲線δV(t)。然后，利用該擬合曲線的解析表達(dá)式，按δV(t)=∫0tδV(t)dt]]>式計算相應(yīng)的位置誤差，并修正位置計算結(jié)果，繪成自測地理信息對慣導(dǎo)誤差補(bǔ)償，這樣可達(dá)到在執(zhí)行任務(wù)時不停車與停車作零速修正后的精度一樣。
本發(fā)明系統(tǒng)還具有如下特點(diǎn)(1)功能完備實時輸出位置、航向等參數(shù)，能自主確定本身的初始狀態(tài)。
(2)自主性強(qiáng)在沒有任何外部信號時，系統(tǒng)能正常工作。
(3)精確度高絕對定位誤差(不停車行駛中)小于25m，初始定向誤差小于0.05°，長時間航向保持精度小于0.1°，水平姿態(tài)誤差小于0.01°。
(4)啟動迅速準(zhǔn)備工作時間小于3分鐘。
(5)隱蔽性好對外無光、聲、電磁等能量輻射。
(6)環(huán)境適應(yīng)性能對化學(xué)污染及煙塵、強(qiáng)電磁干擾具有充分的抵抗能力，耐沖擊、震動、高低溫工作環(huán)境，長時間連續(xù)工作穩(wěn)定可靠。
總之，本發(fā)明具有①實現(xiàn)零速修正；②多信息融合時，工作模式多樣并可冗余；③精度高，可靠性高；④航向保持時間長及表態(tài)尋北快等優(yōu)點(diǎn)。
采用本發(fā)明技術(shù)方案技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到定位精度(CEP)≤30m(連續(xù)行駛)定向精度≤0.05°行駛速度≤80km/h開機(jī)準(zhǔn)備時間≤3min初始對準(zhǔn)時間≤1min無故障工作時間≥2000小時工作環(huán)境溫度-55℃～+70℃。
權(quán)利要求
1.車載快速定位定向方法，該方法通過含車載激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息及數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的軟、硬件系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行優(yōu)選模式順序；所述快速定位定向方法包括下列步驟(1)初始對準(zhǔn)；(2)由里程計獲取里程信息，同時將里程計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(3)組合導(dǎo)航解算里程信息，同時向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式5；(4)由高度計獲取高程信息，同時將高度計工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(5)由壓高度計進(jìn)行高度補(bǔ)償，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式4；(6)由①電子地圖②慣導(dǎo)系統(tǒng)自主測繪的地理信息獲取地理信息，同時將地理信息工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(7)由里程計、地理信息中的經(jīng)緯度進(jìn)行誤差校正，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式3；(8)獲取GPS/GLONASS/BD信息，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式2；同時將GPS工作狀態(tài)輸入數(shù)據(jù)處理器；(9)通過卡爾曼濾波，向數(shù)據(jù)處理器輸出信息模式1；(10)數(shù)據(jù)處理器輸出并顯示地理坐標(biāo)及航向角。
全文摘要
車載快速定位定向方法，該方法通過含車載激光陀螺慣性導(dǎo)航+里程計+高度計/GPS/GLONASS/BD/地理信息及數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的軟、硬件系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行優(yōu)選模式順序；其方法包括下列步驟初始對準(zhǔn)；由里程計獲取里程信息；組合導(dǎo)航解算里程信息；由高度計獲取高程信息；由里程計、地理信息中的經(jīng)緯度進(jìn)行誤差校正；數(shù)據(jù)處理器輸出并顯示地理坐標(biāo)及航向角。本發(fā)明綜合了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定位定向和衛(wèi)星定位的優(yōu)勢并且功能可互補(bǔ)；可獨(dú)立進(jìn)行自主定位定向和高度的輸出；可精確定位定向和高程輸出。
文檔編號G01S5/02GK1731091SQ20051005716
公開日2006年2月8日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者李俊峰, 劉進(jìn)江 申請人:李俊峰