一种基于激光测距和MEMS/GPS组合导航系统的目标导航测绘方法

摘要

本发明公开了一种基于激光测距和MEMS/GPS组合导航系统的目标导航测绘方法。根据MEMS/GPS组合导航系统测出观测点的位置、姿态，通过LDS测出观测点距目标的距离，采用该目标导航测绘算法进行解算，得出目标载体的位置、姿态、斜距及高程差等信息；并通过姿态校正算法，提高MEMS/GPS组合导航系统的姿态精度，进而提高目标定位的精度。该方法可有效实现对动态目标的导航测绘，且不需在目标载体上安装导航设备。

主权项

一种基于激光测距和MEMS/GPS组合导航系统的目标导航测绘方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在观测点o附近选取一参考点R，参考点与观测点的距离小于500米，利用MEMS/GPS组合导航系统精确测量参考点R的三维位置坐标(2)将MEMS/GPS组合导航系统移至观测点o，将激光测距仪瞄准参考点R；利用MEMS/GPS组合导航系统测量观测点o的位置坐标经纬度观测点o与参考点R构成矢量oR相对地理坐标系ox_ty_tz_t的航向角和纵摇角利用激光测距仪测量矢量oR的斜距d_oR；(3)根据步骤(2)中MEMS/GPS组合导航系统和激光测距仪的测量值，计算参考点R在地球坐标系o_ex_ey_ez_e的三维位置坐标所涉及参考点R三维位置坐标的表达式为：式中，为地理坐标系与地球坐标系间的转换矩阵：(4)根据步骤(1)及步骤(3)中计算得出参考点R的三维位置坐标，再通过计算得到相对位置误差利用相对位置误差对MEMS/GPS组合导航系统的航向误差和纵摇误差采用最小二乘法进行修正；所涉及的修正表达式为：$\left[\begin{array}{c}\Delta \hat{\phi }\\ \Delta \hat{H}\end{array}\right]={(C^T·C)}^{-1}{C}^T\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}_R^e\\ {\mathrm{\Delta y}}_R^e\\ {\mathrm{\Delta z}}_R^e\end{array}\right]$式中，$C=C_t^e\left[\begin{array}{cc}0& d_{oR}\cos {\tilde{H}}_{oR}\\ -d_{oR}\sin {\tilde{\phi }}_{oR}\cos {\tilde{H}}_{oR}& -d_{oR}\cos {\tilde{\phi }}_{oR}\sin {\tilde{H}}_{oR}\\ -d_{oR}\cos {\tilde{\phi }}_{oR}\cos {\tilde{H}}_{oR}& d_{oR}\sin {\tilde{\phi }}_{oR}\sin {\tilde{H}}_{oR}\end{array}\right]$(5)将激光测距仪瞄准目标载体T，利用MEMS/GPS组合导航测量观测点o与目标T构成矢量oT相对地理坐标系o_tx_ty_tz_t的航向角和纵摇角利用激光测距仪测量矢量oT的斜距d_oT；(6)利用步骤(4)中获得的MEMS/GPS组合导航系统航向误差和纵摇误差对MEMS/GPS组合导航系统输出的航向和纵摇信息进行修正；所涉及的修正表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{\phi }_{oT}={\tilde{\phi }}_{oT}-\Delta \hat{\phi }\\ H_{oT}={\tilde{H}}_{oT}-\Delta \hat{H}\end{array}\right.$(7)利用步骤(2)中测得观测点o的位置信息，步骤(5)中测得的斜距d_oT，以及步骤(6)中修正后的航向和纵摇信息，计算目标T的三维位置所涉及目标T的三维位置表达式为：$\left[\begin{array}{c}{\tilde{x}}_T^e\\ {\tilde{y}}_T^e\\ {\tilde{z}}_T^e\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\tilde{x}}_o^e\\ {\tilde{y}}_o^e\\ {\tilde{z}}_o^e\end{array}\right]+C_t^e·\left[\begin{array}{c}{d}_{oT}\sin H_{oT}\\ d_{oT}{\mathrm{cos\phi }}_{oT}\cos H_{oT}\\ -d_{oT}{\mathrm{sin\phi }}_{oT}\cos H_{oT}\end{array}\right]$(8)计算目标T的三维位置重复步骤(5)～步骤(7)，可得到另一目标T₁的三维位置坐标计算得到目标点T和T₁之间的斜距和高程差斜距的计算表达式为：$\tilde{D}=\sqrt{{({\tilde{x}}_{T1}^e-{\tilde{x}}_T^e)}^2+{({\tilde{y}}_{T1}^e-{\tilde{y}}_T^e)}^2+{({\tilde{z}}_{T1}^e-{\tilde{z}}_T^e)}^2}$高程差的计算表达式为：式中，目标的纬度分别以下公式运算求得：a为地球长半轴，e为地球偏心率。