一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法

摘要

本发明公开了一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法；本方法首先分别设计载体的运动路径和姿态演变，得到位置和姿态的变化函数；然后通过上述变化函数及其导数，计算姿态矩阵、速度和加速度等参数；最后，根据上述结果求解惯性敏感单元的输出数据。测试惯导软件时，将惯性敏感单元数据作为输入数据流，并对比惯导软件输出的导航参数与本方法输出的标准导航参数，从而得出惯导软件的计算误差。本方法简单高效，能够灵活产生各种复杂且高精度的仿真轨迹数据，从而为评测捷联惯导软件的正确性、可靠性和算法精度起到重要作用，且在实验室基于光纤陀螺和石英加速度计的捷联惯性导航系统及其导航软件的研究中取得了良好的效果。

主权项

1.一种用于捷联惯导软件测试的轨迹数据生成方法，其特征在于，它包括位置相关数据生成、姿态相关数据生成和惯性敏感单元数据生成等三部分内容；其中，所述位置相关数据生成的具体步骤如下：（1）设定位置关于时间的变化函数并求解其一阶和二阶导数，载体位置即载体相对于地球的高度、经度和纬度；位置变化函数及其导数的一般公式如下：；；；（2）计算载体相对于地球的速度在导航系中的值采用地球椭球模型时,记地球赤道半径为，地球子午面曲率半径为，地球横向曲率半径为，地球椭球度为，可得：；；采用地球的圆球模型时，只需令，且有，下同；（3）计算载体相对于地球的加速度在导航系中的值：；；（4）计算重力加速度在导航系中的值：；重力加速度模型需要考虑纬度和高度的情况，一般公式为：；（5）综合步骤（1）至（4），位置变化函数及其导数、载体相对于地球的速度在导航系中的值、载体相对于地球的加速度在导航系中的值以及重力加速度在导航系中的值共同组成了位置相关数据；所述姿态相关数据生成的具体步骤如下：（1）设定姿态角关于时间的变化函数并求解其一阶导数：载体的姿态即载体系相对于导航系的俯仰角、横滚角和航向角；姿态角变化函数及其导数的一般公式如下：；；（2）计算导航系到载体系的变换矩阵：；（3）计算地球自转角速率在导航系中的值，其中表示地球自转角速率常数：；（4）计算导航系相对于地球的转动速率在导航系中的值，其中和即为向量在导航系x轴和y轴的分量：；（5）求解载体系相对于导航系的转动角速率在载体系中的值：；（6）综合步骤（1）至（5），姿态角变化函数及其导数、导航系到载体系的变换矩阵、地球自转角速率在导航系中的值、导航系相对于地球的转动速率在导航系中的值、载体系相对于导航系的转动角速率在载体系中的值共同组成了姿态角相关数据；所述惯性敏感单元数据生成的具体步骤如下：（1）陀螺仪输出数据生成：陀螺仪输出角速率为载体系相对于惯性系的转动速率在载体系中的投影，计算方法为：；（2）加速度计输出数据生成：加速度计的输出称为比力，计算方法为：；（3）综合步骤（1）至（2），陀螺仪输出数据和加速度计输出数据共同组成了惯性敏感单元数据。