CN1322311C - 车载快速定位定向系统 - Google Patents
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Abstract
车载快速定位定向系统，含有车载激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息、数据处理器和软件；由数据处理器执行优选模式顺序：其方法包括下列步骤：初始对准；由里程计获取里程信息；组合导航解算里程信息；由高度计获取高程信息：由里程计、地理信息中的经纬度进行误差校正；数据处理器输出并显示地理坐标及航向角。本发明综合了惯性导航系统的定位定向和卫星定位的优势并且功能可互补；可独立进行自主定位定向和高度的输出；可精确定位定向和高程输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型车载快速定位定向系统，特别是提供一种零速修正、可靠性好、精度高的车载快速定位定向系统。
背景技术
高技术条件下的现代战争的战术特点之一，是分散部署、火力集中、精确打击。因此，就需要导弹及火箭发射车实时提供静态和动态情况下发射车的航向、地理坐标位置、高程，对侦察车的使命就是在战场环境中进行侦察作业，完成对打击对象的搜索、定位的任务。为此，导弹和火箭发射车、战场侦察车等就必须装备先进的探测设备，要求作业快速准确，隐蔽性好，转换迅速，环境适应能力强。这种能提供航向、位置、高程等参数的系统，就是车载定位定向系统。
目前，车载的定位定向系统种类较多，根据应用对象不同，技术方案各异，但大体可分为三类：
(1)平台式惯性测量系统
使用高精度机械陀螺和加速度表，构成三环平台式惯导系统，采用零速修正技术，抑制导航误差的发射，水平定位误差，一般在30米(CEP)以下，航向误差小于1.5mil(1)。ULISS30(法国)、FILS-3(英国)、GEO-SPN(美国)系统等以及我国六一八所、七0七所研制的测地系统属于此类。但该系统缺点是零速修正要停车，可靠性很差，准备时间长，结构复杂，维修困难。
(2)航向保持机构加里程计
采用双轴平台结构，跟踪当地水平面。航向保持陀螺则用捷联方式，通过航向信息和里程计输出，推测载体位置，系统结构简单，但精度偏低，可靠性较差。这类系统有FNA55(德国)、NFS(以色列)、LNS、ANS2000(美国)等等。
(3)捷联式惯导加其它信息源(GPS、里程计、地理信息等)的组合导航系统
多用光学陀螺(激光陀螺、光纤陀螺)和加速度表构成捷联式惯导，以惯导信息为主，里程计、GPS、地理信息等为辅，用卡尔曼滤波技术实现信息的最优综合以获得导航参数。国外的这类产品有：法国的SIGMA30、EPSILON、德国的FNA2012、英国的FIN1155、美国的LLN-80、II-726等等。国内有多家单位也正在研制同类系统，但该类产品依赖卫星较多，在纯惯导导航时，仍需要停车零速修正，否则精度仍不能满足要求，还存在多信息的组合模式单一等缺陷。
因此，改善车载零速修正，提高系统可靠性和精度，则是现有技术中有待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种零速修正、可靠性好、精度高的车载快速定位定向系统。
本发明的目的是这样实现的：车载快速定位定向系统，其特征在于含有车载激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息、数据处理器和软件；里程计、高度计、GPS/GLONASS/BD及地理信息的输出端连接数据处理器的输入端，数据处理器的输出端输出并显示地理坐标及航向角；为了减弱惯性系统的积累误差，提高可靠性，当某一部分出现故障时，系统自动切换到另外的模式继续工作，所述数据处理器执行下列步骤：
(1)初始对准；
(2)由里程计获取里程信息，同时将里程计工作状态输入数据处理器；
(3)组合导航解算里程信息，同时向数据处理器输出信息模式5；
(4)由高度计获取高程信息，同时将高度计工作状态输入数据处理器；
(5)由高度计进行高度补偿，并向数据处理器输出信息模式4；
(6)由①电子地图②惯导系统自主测绘的地理信息获取地理信息，同时将地理信息工作状态输入数据处理器；
(7)由里程计、地理信息中的经纬度 进行误差校正，向数据处理器输出信息模式3；
(8)获取GPS/GLONASS/BD信息，向数据处理器输出信息模式2；同时将GPS工作状态输入数据处理器；
(9)通过卡尔曼滤波，向数据处理器输出信息模式1；
(10)数据处理器输出并显示地理坐标及航向角。
所述数据处理器执行优选模式顺序为：
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息；
纯GPS/GLONASS/BD；
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计+地理信息；
激光陀螺惯性导航+地理信息；
组合导航解算里程信息。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
(1)综合了惯性导航系统的定位定向和卫星定位的优势并且功能可互补。
(2)激光惯导系统/里程计/高度计组合的系统模式可独立进行自主定位定向和高度的输出。
(3)激光惯导/GPS/GLONASS/BD地理信息/里程计/高度表可组成系统的多种工作模式，可实现卫星资源可利用的条件下，可精确定位定向和高程输出。
(4)系统可实现对卫星正常使用的故障判别，系统自动识别和转切换其它的工作模式。
(5)该系统具备对卫星定位数据和激光陀螺惯性定位定向数据进行融合处理的功能，并且可以快速定位定向、停车持续行驶保持很高的定位定向精度。
附图说明
图1本发明车载快速定位定向方法的流程图。
图2是本发明的结构原理图。
图3是本发明的电路原理图。
具体实施方式
本发明所述新型车载快速定位定向系统，包括车载激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息及数据处理器，数据处理器采用进行数据处理和信息交换的工控机即可。本发明所用硬件均采用现有成熟技术。
参见图1，车载快速定位定向方法，该方法通过含车载激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息及数据处理器构成的软、硬件系统，由数据处理器执行优选模式顺序；所述快速定位定向方法包括下列步骤：
(1)初始对准，即惯导系统的初始位置为地球的北向和地球水平面对准；
(2)由里程计获取里程信息，同时将里程计工作状态输入数据处理器；
(3)组合导航解算里程信息，同时向数据处理器输出信息模式5；
(4)由高度计获取高程信息，同时将高度计工作状态输入数据处理器；
(5)由压高度计进行高度补偿，向数据处理器输出信息模式4；
(6)由①电子地图②惯导系统自主测绘的地理信息获取地理信息，同时将地理信息工作状态输入数据处理器；
(7)由里程计、地理信息中的经纬度进行误差校正，向数据处理器输出信息模式3；
(8)获取GPS/GLONASS/BD信息，向数据处理器输出信息模式2；同时将GPS工作状态输入数据处理器；
(9)通过卡尔曼滤波，向数据处理器输出信息模式1；
(10)数据处理器输出并显示地理坐标及航向角。
系统工作原理：
参见图2、图3，该系统是多信息融合后的组合导航系统，利用三轴激光陀螺捷联惯导系统建立导航基准，并初始对准，然后实时进行坐标矩阵变换测量载体相对于惯性空间的运动参数，并经过计算后，实施导航任务。在给它初始条件下，由导航计算机计算出载体的速度、位置坐标以及载体的姿态和航向角。由于纯惯导的精度在开始工作时或较短的时间内很高，但从初始对准开始，由于陀螺的漂移它的误差就随时间而积累，精度随时间而降低。为了有效减弱惯导系统的积累性误差，满足发射车全过程的要求，系统选择了GPS/GLONASS/BD+里程计+地理信息+高度计用以提供的数据作为外部信息频繁地校正惯导系统，从而通过卡尔曼滤波有效的信息融合形成一种组合导航定位定向系统，使其在任务环境下，精确地输出所要求的地理坐标及航向角。在这种多信息融合组合导航下，系统遵循对卫星信息用而不靠的原则，在系统软件设计中，规划出多信息融合中的优选顺序，使其实时处于导航状态。参见图1，其优选模式顺序为：
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息；
纯GPS/GLONASS/BD；
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计+地理信息；
激光陀螺惯性导航+地理信息。
当某一部分出现故障时，系统自动切换到另外的模式继续工作，从而使系统具有冗余度，提高了系统的可靠性。系统设计中，当系统靠惯性自动导航时，设计了一种不停车，依靠自主测绘的地理信息与惯性导航时组合，即：安装有激光陀螺惯导系统的车在初始对准后起步，然后每隔3～4min停车约10～20s，在每个停车点上，理论上其速度、加速度为零。但是，由于系统误差和扰动重力场的影响，编排计算的速度值不等于零，对要行驶的路线作零速误差测量后进行数据处理，然后得到零速误差序列为δVi，利用样条函数等拟合一条光滑连续的速度误差曲线δV(t)。然后，利用该拟合曲线的解析表达式，按δV(t)＝∫0δV(t)dt式计算相应的位置误差，并修正位置计算结果，绘成自测地理信息对惯导误差补偿，这样可达到在执行任务时不停车与停车作零速修正后的精度一样。
本发明系统还具有如下特点：
(1)功能完备：实时输出位置、航向等参数，能自主确定本身的初始状态。
(2)自主性强：在没有任何外部信号时，系统能正常工作。
(3)精确度高：绝对定位误差(不停车行驶中)小于25m，初始定向误差小于0.05°，长时间航向保持精度小于0.1°，水平姿态误差小于0.01°。
(4)启动迅速：准备工作时间小于3分钟。
(5)隐蔽性好：对外无光、声、电磁等能量辐射。
(6)环境适应性能：对化学污染及烟尘、强电磁干扰具有充分的抵抗能力，耐冲击、震动、高低温工作环境，长时间连续工作稳定可靠。
总之，本发明具有①实现零速修正；②多信息融合时，工作模式多样并可冗余；③精度高，可靠性高；④航向保持时间长及表态寻北快等优点。
采用本发明技术方案技术指标可达到：
定位精度(CEP)：≤30m(连续行驶)
定向精度：≤0.05°
行驶速度：≤80km/h
开机准备时间：≤3min
初始对准时间：≤1min
无故障工作时间：≥2000小时
工作环境温度：-55℃～+70℃。
Claims (1)
1、车载快速定位定向系统，其特征在于含有车载激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息、数据处理器和软件；里程计、高度计、GPS/GLONASS/BD及地理信息的输出端连接数掘处理器的输入端，数据处理器的输出端输出并显示地理坐标及航向角；所述数据处理器执行下列步骤：
(1)初始对准；
(2)由里程计获取里程信息，同时将里程计工作状态输入数掘处理器；
(3)组合导航解算里程信息，同时向数据处理器输出信息模式5；
(4)由高度计获取高程信息，同时将高度计工作状态输入数据处理器；
(5)由高度计进行高度补偿，并向数据处理器输出信息模式4；
(6)由①电子地图②惯导系统自主测绘的地理信息获取地理信息，同时将地理信息工作状态输入数据处理器；
(7)由里程计、地理信息中的经纬度 进行误差校正，向数据处理器输出信息模式3；
(8)获取GPS/GLONASS/BD信息，向数据处理器输出信息模式2；同时将GPS工作状态输入数掘处理器；
(9)通过卡尔曼滤波，向数据处理器输出信息模式1；
(10)数据处理器输出并显示地理坐标及航向角。
所述数据处理器执行优选模式顺序为：
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计/GPS/GLONASS/BD/地理信息；
纯GPS/GLONASS/BD；
激光陀螺惯性导航+里程计+高度计+地理信息；
激光陀螺惯性导航+地理信息；
组合导航解算里程信息。
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