CN103389096A - 一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，包括以下步骤：采集惯性导航***极区模式输出的位置数据;测量横地心纬度；测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点与地心的距离；测量惯性导航***与横赤道面的距离;测量横子午面曲率半径。本发明基于地球椭球模型下，利用惯性导航***极区模式输出的位置即可测量得到横子午面曲率半径，从原理上减小了地球模型不准确造成的测量误差，提高了导航精度，同时，测量方法简单方便，便于实际应用。本发明填补了横坐标系下地球的横子午面曲率半径测量方法的空白，解决了横坐标系参考框架下惯性导航***机械编排的计算问题，从而解决了惯性导航***极区导航问题。

Description

一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法

技术领域

本发明属于惯性导航***极区导航技术领域，尤其涉及一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法。

背景技术

惯性导航***对于保障船舶、飞机等运载体在极区的航行与作业至关重要。然而目前我国船用的固定指北方位惯性导航***，其机械编排无法在极区使用。为克服惯性导航***上述机械编排无法在极区进行导航解算这一缺点，导航领域的研究人员设计出自由方位和游动方位机械编排。自由方位***和游动方位***在平台的方位指令上采取了措施，解决了极区航行时平台方位角施矩速率信号过大的问题。它们可解决惯性导航***极区工作的部分问题，但由于极区经线圈的快速汇聚会导致***位置矩阵的误差，进一步使得***导航精度随纬度的升高而下降。同时，在地理极点附近，由于真北方向失去定义导致自由方位角和游动方位角失去定义，航向无法给出，即采用这两种机械编排惯性导航***在地理极点附近无法导航。

解决这个问题可以采用横坐标系导航参考框架。船舶航行至极区时，转入极区导航模式，即采用横坐标系导航参考框架。横坐标系参考框架是指惯性导航***以横地理坐标系为导航坐标系，将极区的经纬度重新人为规定为横向经纬度坐标系。横子午面曲率半径是横坐标系参考框架下的重要参量，但是，惯导***进入极区导航模式时需要实时的横子午面曲率半径来进行导航解算。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，旨在解决惯导***进入极区航行时，惯性导航***工作在极区模式时需要用到实时的横卯子午面曲率半径测量值的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法包括以下步骤：

采集惯性导航***极区模式输出的位置数据;

测量横地心纬度;

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点与地心的距离;

测量惯性导航***与横赤道面的距离;

测量横子午面曲率半径。

进一步，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法具体步骤如下：

步骤一：采集惯性导航***极区模式输出的横地理纬度信息L和横经度信息

步骤二：利用步骤一中得到的横地理纬度和横经度

测量横地心纬度

步骤三：利用步骤一中的横经度

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点B与地心O的距离||OB||；

步骤四：利用步骤二中得到的横地心纬度

和步骤三中得到的惯导***所在横经线圈与横赤道面的交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||；

步骤五：利用步骤三中得到的||OB||与步骤四中得到的||AC||测量惯导***所在位置的横子午圈曲率半径

进一步，在步骤二中，测量横地心纬度表示为：

其中

是横地心纬度测量值，

是横地理纬度，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

进一步，在步骤三中，横经线与横赤道面的交点与地心的距离||OB||表示为：

$\left|\right|\mathrm{OB}\left|\right|=a\sqrt{\frac{(1-e^2)(1+{\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}{(1+(1-e^2){\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}}$

其中a=6378137m是地球赤道半径，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

进一步，在步骤四中，交点与地心的距离||CB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||表示为：

进一步，在步骤五中，横子午圈曲率半径

表示为：

本发明提供的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，是基于地球椭球模型下，利用惯性导航***极区模式输出的位置即可测量得到横子午面曲率半径，从原理上减小了地球模型不准确造成的测量误差，提高了导航精度，同时，测量方法简单方便，便于实际应用。本发明填补了横坐标系下地球的横子午面曲率半径测量方法的空白，解决了横坐标系参考框架下惯性导航***机械编排的计算问题，从而解决了惯性导航***极区导航问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的横子午线的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法流程。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法包括以下步骤：

采集惯性导航***极区模式输出的位置数据;

测量横地心纬度;

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点与地心的距离;

测量惯性导航***与横赤道面的距离;

测量横子午面曲率半径。

作为本发明实施例的一优化方案，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法具体步骤如下：

步骤一：采集惯性导航***极区模式输出的横地理纬度信息

和横经度信息

步骤二：利用步骤一中得到的横地理纬度

和横经度

测量横地心纬度

步骤三：利用步骤一中的横经度测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点B与地心O的距离||OB||；

步骤四：利用步骤二中得到的横地心纬度

和步骤三中得到的惯导***所在横经线圈与横赤道面的交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||；

步骤五：利用步骤三中得到的OB与步骤四中得到的||AC||测量惯导***所在位置的横子午圈曲率半径

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤二中，测量横地心纬度表示为：

其中

是横地心纬度测量值，

是横地理纬度，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤三中，横经线与横赤道面的交点与地心的距离||OB||表示为：

$\left|\right|\mathrm{OB}\left|\right|=a\sqrt{\frac{(1-e^2)(1+{\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}{(1+(1-e^2){\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}}$

其中a=6378137m是地球赤道半径，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤四中，交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||表示为：

作为本发明实施例的一优化方案，在步骤五中，横子午圈曲率半径

表示为：

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明实施例的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法包括以下步骤：

S101：采集惯性导航***极区模式输出的位置数据;

S102:测量横地心纬度;

S103:测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点与地心的距离;

S104:测量惯性导航***与横赤道面的距离;

S105:测量横子午面曲率半径。

本发明的具体步骤如下：

步骤一：采集惯性导航***极区模式输出的横地理纬度信息

和横经度信息

步骤二：利用步骤一中得到的横地理纬度

和横经度

测量横地心纬度

其中

是横地心纬度测量值，

是横地理纬度，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率；

步骤三：利用步骤一中的横经度

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点B与地心O的距离||OB||：

$\left|\right|\mathrm{OB}\left|\right|=a\sqrt{\frac{(1-e^2)(1+{\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}{(1+(1-e^2){\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}}$

其中a=6378137m是地球赤道半径，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率；

步骤四：利用步骤二中得到的横地心纬度

和步骤三中得到的惯导***所在横经线圈与横赤道面的交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||：

步骤五：利用步骤三中得到的||OB||与步骤四中得到的||AC||测量惯导***所在位置的横子午圈曲率半径

本发明的具体实施方式

1、进入极区，惯性导航***转入极区模式；

2、采集惯导***极区模式输出的位置数据，得到横地理纬度

横经度

3、利用已采集的位置信息，测量横地心纬度

其中

的测量方法为

其中

是横经度，

是横地理纬度，e=0.081819是椭球偏心率；

4、利用步骤2中的横经度

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点B与地心O的距离||OB||：

$\left|\right|\mathrm{OB}\left|\right|=a\sqrt{\frac{(1-e^2)(1+{\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}{(1+(1-e^2){\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}}$

其中a=6378137m是地球赤道半径，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率；

5、利用步骤3中得到的横地心纬度

和步骤4中得到的惯导***所在横经线圈与横赤道面的交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||：

6、利用步骤4中得到的||OB||与步骤5中得到的||AC||测量惯导***所在位置的横子午圈曲率半径

本发明减小了地球模型不准确造成的测量误差，提高了导航精度，同时，测量方法简单方便，便于实际应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法包括以下步骤：

采集惯性导航***极区模式输出的位置数据;

测量横地心纬度;

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点与地心的距离;

测量惯性导航***与横赤道面的距离;

测量横子午面曲率半径。

2.如权利要求1所述的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，该惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法具体步骤如下：

步骤一：采集惯性导航***极区模式输出的横地理纬度信息

和横经度信息

步骤二：利用步骤一中得到的横地理纬度

和横经度

测量横地心纬度

步骤三：利用步骤一中的横经度

测量惯导***所在横经线与横赤道面的交点B与地心O的距离||OB||；

步骤四：利用步骤二中得到的横地心纬度

和步骤三中得到的惯导***所在横经线圈与横赤道面的交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||；

步骤五：利用步骤三中得到的||OB||与步骤四中得到的||AC||测量惯导***所在位置的横子午圈曲率半径

3.如权利要求2所述的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，在步骤二中，测量横地心纬度

表示为：

其中

是横地心纬度测量值，

是横地理纬度，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

4.如权利要求2所述的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，在步骤三中，横经线与横赤道面的交点与地心的距离||OB||表示为：

$\left|\right|\mathrm{OB}\left|\right|=a\sqrt{\frac{(1-e^2)(1+{\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}{(1+(1-e^2){\tan }^2\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}})}}$

其中a=6378137m是地球赤道半径，

是横经度，e=0.081819是椭球偏心率。

5.如权利要求2所述的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，在步骤四中，交点与地心的距离||OB||测量惯导***所在位置A与横赤道面的距离||AC||表示为：

6.如权利要求2所述的惯性导航***横子午线曲率半径的测量方法，其特征在于，在步骤五中，横子午圈曲率半径

表示为：

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