用于大气数据/捷联惯导组合导航系统的真空速解算方法

摘要

本发明公开了一种用于大气数据/捷联惯导组合导航系统的真空速解算方法，其基于高空大气以水平流动为主的特点，根据真空速、地速与风速之间的矢量关系，利用攻角、侧滑角和载体的姿态计算真空速与地速之间的比例因子，通过数值计算对真空速进行求解。该方法克服了依赖于大气温度参数的现有真空速计算方法因温度测量时间常数大造成真空速滞后严重不足，同时避免了真空速严重受大气环境参数的影响以及真空速估算方法对飞机动力学参数等不确定性外来信息的依赖性，从而解决了真空速的测量滞后和环境因素的影响。

主权项

一种用于大气数据/捷联惯导组合导航系统的真空速解算方法，所述方法涉及到大气数据系统、捷联惯性导航系统，其特征在于：包括以下步骤步骤1、速度位置信息读取：载入受大气数据系统影响的惯性导航系统输出的经度long、纬度lati、高度heig、东向速度V_E、北向速度V_N、天向速度V_U，经度、纬度单位为度，高度单位为米，速度单位为m/s；步骤2、变换矩阵求解：载入惯性导航系统输出的横滚角γ₀、俯仰角θ₀、航向角ψ₀，单位为度，根据欧拉角法确定载体坐标系转换到地理坐标系的变换矩阵，具体包括：步骤201、根据下式将惯性导航系统输出的姿态角单位由度转换为弧度，γ＝γ₀*π/180，θ＝θ₀*π/180，ψ＝ψ₀*π/180，式中，γ、θ、ψ分别为单位转换为弧度的横滚角、俯仰角、航向角信息；步骤202、根据下式计算地理坐标系转换到载体坐标系的变换矩阵步骤3、计算条件判定：根据天向速度V_U进行判定，若|V_U|＜2m/s，返回步骤1，若|V_U|≥2m/s，则进行后续步骤；步骤4、有效加速度提取：提取加速度计测量值，提取载体加速度，具体步骤包括：步骤401、将纬度的单位由度转换为弧度lati＝lati*π/180；步骤402、根据载体位置、地球半径以及地球椭圆率，计算地球曲率半径，R_m＝R_e(1‑2f+3f sin²(lati))，R_n＝R_e(1+f sin²(lati))式中，R_e、f分别为地球半径、地球椭圆率，R_m、R_n为惯导解算所需的地球曲率半径；步骤403、根据变换矩阵将加速度计输出转换到导航系下，式中，F_b、F_n分别为机体系、导航系下的比力；步骤404、令V_g＝[V_E V_N V_U]^T，去除比力中的有害加速度，提取载体加速度，用于速度、位置解算，${\omega }_{enn}=\left[\begin{array}{c}-\frac{V_N}{(R_m+heig)}\\ \frac{V_E}{(R_n+heig)}\\ \frac{V_E\tan \left(lati\right)}{(R_n+heig)}\end{array}\right],{\omega }_{ien}=\left[\begin{array}{c}0\\ {\omega }_{ie}\cos \left(lati\right)\\ {\omega }_{ie}\sin \left(lati\right)\end{array}\right],$$F_{nt}=F_n-(2{\omega }_{ien}+{\omega }_{enn})\times V_g+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -(1-\frac{2heig}{R_e})g\end{array}\right],$式中，heig为载体飞行高度，ω_ie为地球自转角速度，g为重力加速度，F_nt为载体加速度，可用于速度、位置解算；步骤5、惯导速度位置解算：结合已有的位置信息，进行惯导速度位置解算，具体步骤包括：步骤501、根据当前仿真时间t_i与前一时刻仿真时间t_i‑1，确定仿真步长T，T＝t_i‑t_i‑1；步骤502、根据载体加速度F_nt、仿真步长T，对载体速度进行积分解算，则V_g＝V_g+F_ntT；步骤503、将经度的单位由度转换为弧度long＝long*π/180；步骤504、根据载体速度V_g、仿真步长T，对载体位置进行积分解算，heig＝heig+TV_U，步骤505、将经度、纬度的单位由弧度转换为度，long＝long*180/π，lati＝lati*180/π；步骤6、变换矩阵元素提取：提取出坐标系变换矩阵中的元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；步骤7、比例因子计算：根据大气数据系统角度传感器提供的攻角、侧滑角以及坐标系变换矩阵中的元素c_ij，计算真空速计算中需要的比例因子，具体包括：步骤701、根据下式将大气数据系统角度传感器提供的攻角、侧滑角单位由度转换为弧度，α＝α₀*pi/180，β＝β₀*pi/180，式中，α₀、β₀分别为大气数据系统角度传感器提供的攻角、侧滑角，单位为度，α、β分别为单位转换为弧度的攻角、侧滑角信息；步骤702、根据坐标系变换矩阵中的各项元素、攻角、侧滑角，计算真空速解算中需要的比例因子d₁＝c₃₁*sinβ+c₃₂*cosα*cosβ+c₃₃*sinα*cosβ；步骤8、真空速解算：根据真空速、风速与地速之间的矢量关系，利用真空速计算中需要的比例因子d₁、天向速度V_U进行真空速的解算，V＝V_U/d₁，式中，V为真空速，实现当前时刻真空速解算后，回到步骤2，继续进行后续的真空速解算。