CN109974709B - 导航***以及确定导航信息的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导航***以及确定导航信息的方法。其中，该方法包括：第一导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用第一导航信息对预先设置的惯性导航计算模型进行初始化；第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；以及第一惯性导航设备基于第二导航信息以及第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用惯性导航计算模型以及预先设置的递归运算模型，确定第四导航信息作为第一惯性导航设备输出的导航信息。其中惯性导航计算模型为基于第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型。

Description

导航***以及确定导航信息的方法
技术领域
本发明涉及导航领域，具体而言，涉及导航***以及确定导航信息的方法。
背景技术
舰艇导航***的核心一般由两套甚至更多套互为备份的惯性导航设备组成。当在海上执行任务过程中一套惯性导航设备由于各种原因必须重新启动，而此时由于没有卫星导航信息，因此只能通过其它正常工作的惯性导航设备的导航信息作为外部参考信息来源进行牵引启动。
舰艇多套惯性导航设备可以安装在同一舱室同一基座、同一舱室不同基座或者不同舱室，且惯性导航设备的姿态事先都经过标校对齐到水平面和正北方向。然而不同基座之间存在的甲板变形，惯性导航设备之间即便经过严格标校也必然存在姿态偏差。
例如，图1至图3中示出了32小时内，两套不同舱室的激光惯性导航设备之间的姿态偏差。针对上述的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种导航***以及确定导航信息的方法，舰艇上多套惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种确定导航信息的方法，包括：第一导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用第一导航信息对预先设置的惯性导航计算模型进行初始化；第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；以及第一惯性导航设备基于第二导航信息以及第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用惯性导航计算模型以及预先设置的递归运算模型，确定第四导航信息作为第一惯性导航设备输出的导航信息，其中惯性导航计算模型为基于第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种导航***，包括通信连接的第一惯性导航设备和第二惯性导航设备，第一惯性导航设备被配置为执行以下操作：第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息；以及第一惯性导航设备基于第一导航信息，利用预先设置的惯性导航计算模型以及递归运算模型，确定第二导航信息。其中，惯性导航计算模型为基于第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型；并且递归运算模型为用于修正所述第一惯性导航设备的递归运算模型。
从而，综上所述，通过本公开提供的方法和***，第一惯性导航设备能够利用预先设置的递归运算模型，逐渐减小第一惯性导航设备和第二惯性导航设备之间的姿态偏差对整个牵引启动的影响，从而使得第一惯性导航设备的输出更加准确。解决了现有技术中存在的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1至图3示出了32个小时内，两套不同舱室的激光惯性导航设备之间的姿态偏差的示意图；
图4示出了根据本公开实施例的导航***的示意图；
图5示出了根据本公开实施例所述的导航***中，被牵引惯导(即第一惯性导航设备)所执行的操作的流程示意图；
图6示出了在本公开实施例中所述的牵引惯导(即第二惯性导航设备)和被牵引惯导(即第一惯性导航设备)的杆臂的示意图；
图7示出了在本公开实施例中所述的牵引惯导(即第二惯性导航设备)和被牵引惯导(即第一惯性导航设备)的时序图；
图8示出了根据本公开实施例的第二个方面所述的确定导航信息的方法的流程示意图；以及
图9示出了根据本公开实施例所述的牵引惯导进行牵引启动的过程的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例
根据本实施例的第一个方面，提供了一种惯性导航***，其中图4示出了布置在舰艇上的根据本实施例所述的惯性导航***的示意图。
参考图4所示，惯性导航***包括第一惯性导航设备和第二惯性导航设备，其中第一惯性导航设备和第二惯性导航设备例如可以是激光惯性导航设备。其中第一惯性导航设备和第二惯性导航设备通信连接，从而可以彼此通信。
其中，图5示出了第一惯性导航设备执行的方法的流程示意图，参考图5所示，第一惯性导航设备配置用于执行以下步骤的操作：
S502：第一导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用所述第一导航信息对预先设置的惯性导航计算模型进行初始化；
S504：第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；以及
S506：第一惯性导航设备基于第一导航信息以及第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用所述惯性导航计算模型以及预先设置的递归运算模型，确定第四导航信息作为第一惯性导航设备输出的导航信息。
其中，惯性导航计算模型为基于第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型。
具体地，当在海上执行任务过程中第一惯性导航设备由于各种原因必须重新启动，而此时无卫导信息只能由其它正常工作的惯性导航设备(例如，第二惯性导航设备)的导航信息作为外部参考信息来源牵引启动。但是由于舰艇的不同基座之间存在的甲板变形，惯性导航设备之间即便经过严格标校也必然存在姿态偏差。从而如果直接利用其它惯性导航设备(例如，第二惯性导航设备)的导航信息牵引启动，则容易导致第一惯性导航设备自身测量的数据失真。
因此，针对上述的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差的问题，从而在牵引启动的过程中容易带来误差的问题，在本实施例中，第一惯性导航设备在利用第二惯性导航设备发送的导航信息(即第一导航信息)进行初始化之后，并不是就此将测量的惯导信息直接输出，而是继续从第二惯性导航设备接收导航信息(即第二导航信息)，并且基于该导航信息以及自己测量的导航信息(即第三导航信息)，利用预先设置的惯性导航计算模型以及递归运算模型，确定第四导航信息作为第一惯性导航设备输出的导航信息。
从而通过这种方式，第一惯性导航设备能够利用预先设置的递归运算模型，逐渐减小第一惯性导航设备和第二惯性导航设备之间的姿态偏差对整个牵引启动的影响，从而使得第一惯性导航设备的输出更加准确。解决了现有技术中存在的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
可选地，第一导航信息和第二导航信息包括第二惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；第三导航信息包括第一惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；第四导航信息包括第一惯性导航设备的载体的速度以及位置信息；惯性导航计算模型是基于第一惯性导航设备，利用捷联惯性导航算法获得的线性模型；并且递归运算模型为卡尔曼滤波器。
具体来说，所述卡尔曼滤波器是基于以下方程的卡尔曼滤波器：
状态方程：
Figure BDA0002021851460000061
以及
量测方程：
Figure BDA0002021851460000062
其中，X为状态变量，并且
Figure BDA0002021851460000063
式中，
Figure BDA0002021851460000064
式中，φE为第一惯性导航设备的横摇角误差、φN为第一惯性导航设备的纵摇角误差、φU为第一惯性导航设备的航向角误差、δvE为第一惯性导航设备的东向速度误差、δvN为第一惯性导航设备的北向速度误差、δvU为第一惯性导航设备的垂向速度误差、δL为第一惯性导航设备的纬度误差、δλ为第一惯性导航设备的经度误差、δh为第一惯性导航设备的高度误差、
Figure BDA0002021851460000065
为第一惯性导航设备的X陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000066
为第一惯性导航设备的Y陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000067
为第一惯性导航设备的Z陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000068
为第一惯性导航设备的X加速度计零偏、
Figure BDA0002021851460000069
为第一惯性导航设备的Y加速度计零偏以及
Figure BDA00020218514600000610
为第一惯性导航设备的Z加速度计零偏，并且
Figure BDA0002021851460000071
其中，
Figure BDA0002021851460000072
Figure BDA0002021851460000073
Figure BDA0002021851460000074
Figure BDA0002021851460000075
Figure BDA0002021851460000076
Figure BDA0002021851460000077
式中，L为第二惯性导航设备纬度、λ为第二惯性导航设备经度、h为第二惯性导航设备高度、vE为第二惯性导航设备东速、vN为第二惯性导航设备北速、vU为第二惯性导航设备垂速、fE为第一惯性导航设备东向加速度、fN为第一惯性导航设备北向加速度、fU为第一惯性导航设备垂向加速度、ωie为地球自转角速度、RE为地球子午圈半径以及RN为地球卯酉圈半径、
Figure BDA0002021851460000081
为第二惯性导航设备的X陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000082
为第二惯性导航设备的Y陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000083
为第二惯性导航设备的Z陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000084
为第二惯性导航设备的X加速度计零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000085
为第二惯性导航设备的Y加速度计零偏过程白噪声以及
Figure BDA0002021851460000086
为第二惯性导航设备的Z加速度计零偏过程白噪声，并且
Ls、λs、hs、vEs、vNs和vUs分别表示第一惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，Lr、λr、hr、vEr、vNr和vUr表示第二惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及H＝[06×3 I6×6 06×6]，V为6维向量，表示纬度的观测白噪声、经度的观测白噪声、高度的观测白噪声、东速的观测白噪声、北速的观测白噪声和垂速的观测白噪声。
从而，在本实施例中，被牵引惯导(即第一惯性导航设备)利用牵引惯导(即第二惯性导航设备)提供的导航信息进行速度、位置和姿态初始化，并经过卡尔曼滤波精对准实时有效地估计出被牵引惯导的横摇角误差、纵摇角误差、航向角误差、东向速度误差、北向速度误差、垂向速度误差、纬度误差、经度误差、高度误差、三个陀螺仪零偏和三个加速度计零偏，确保了牵引启动后被牵引惯导的导航性能满足指标要求。解决了现有技术中在没有卫星导航下利用另一套激光惯性导航***导航信息的牵引启动方法的问题。
此外，可选地，第一导航设备还配置用于执行以下操作：对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备之间进行杆臂补偿。
具体地，图6示出了第一惯性导航设备与第二惯性导航设备的杆臂的示意图。其中Ob为第一惯性导航设备的坐标系，OB为第二导航设备的坐标系。从而，补偿杆臂效应误差第二惯性导航设备的位置、速度在第一惯性导航设备的位置处(b点)的观测量为：
Figure BDA0002021851460000091
以及
Figure BDA0002021851460000092
式中，Lb、λb、hb、vEb、vNb和vUb分别表示第一惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，LB、λB、hB、vEB、vNB和vUB分别表示第二惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
以及
Figure BDA0002021851460000093
为第二惯性导航设备的姿态矩阵，计算如下
Figure BDA0002021851460000094
其中R、P和H为第二惯性导航设备的横摇角、纵摇角和航向角，以及
Figure BDA0002021851460000095
为第二惯性导航设备在地理坐标系上的三个姿态角速度；
rx、ry、rz为沿横轴、纵轴和方位轴方向的杆臂。
从而，通过以上方式进行杆臂补偿，提高了第一导航设备输出的导航信息的准确性。
可选地，第一导航设备还配置用于执行以下操作：确定第二惯性导航设备与第一惯性导航设备之间的延时；以及根据所确定的延时，对第一导航信息进行补偿。
具体地，图7示出了被牵引惯导(即第一导航设备)与牵引惯导(即第二导航设备)的时序图。
如图7所示，同步脉冲时刻点的信息计算如下
info_pps＝info[k]*ΔT/T+info[k+1]*(T-ΔT)/T
牵引惯导DSP计算出的info_pps是在k+1中断时刻(对应于第k+1个内部时钟)计算完后输出至被牵引惯导的导航信息，即为***与PPS信号同步的信息。其中info[k]为牵引惯导在第k个内部时钟所测量的导航信息，info[k+1]为牵引惯导在第k+1个内部时钟所测量的导航信息，包括测量的姿态、速度以及位置信息。
其中在精对准状态时被牵引惯导Kalman滤波更新计算速度、位置量测信息须采用同一时刻的牵引惯导速度、位置信息求差以避免时间不一致而导致的量测误差。
Z_posn＝posn_pps-posn_ref
Z_vel＝vel_pps-vel_ref
其中，Z_posn为被牵引惯导(即第一惯性导航设备)的位置误差，posn_pps和posn_ref分别为相同脉冲时刻点时被牵引惯导和牵引惯导的位置信息。Z_vel为被牵引惯导(即第一惯性导航设备)的速度误差，vel_pps和vel_ref分别为相同脉冲时刻点时被牵引惯导和牵引惯导的速度。
由于激光陀螺采集数据进行了滤波预处理，带来了固定的滤波延时，根据滤波阶数不同而定，为Td＝阶数/(2*采样频率)，因此第个k中断时刻采集到的激光陀螺和加速度计解算得出的导航信息实际上应是Td前的导航信息。
要得到准确的PPS时刻点的导航信息还需要往后延时Td找寻，分两种情况
若Td<＝ΔT
info_pps＝info[k]*(ΔT-Td)/T+info[k+1]*(T-(ΔT-Td))/T
若Td>ΔT
设ΔT1＝Td-ΔT，n＝1，
若ΔT1>T，则进行以下循环计算：ΔT1＝ΔT1-T，n++，直至ΔT1<T为止
此时info_pps＝info[k+n]*(T-ΔT1)/T+info[k+n+1]*ΔT1/T
从而，通过对第一惯性导航设备与第二惯性导航设备之间的延时进行补偿，确保两套惯性导航设备能够将同一时刻点的导航信息进行比对，从而提高了第一惯性导航设备输出的导航信息的准确性。
从而，综上所述，通过本实施例提供的导航***，第一惯性导航设备能够利用预先设置的递归运算模型，逐渐减小第一惯性导航设备和第二惯性导航设备之间的姿态偏差对整个牵引启动的影响，从而使得第一惯性导航设备的输出更加准确。解决了现有技术中存在的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
此外，根据本实施例的第二个方面，提供了一种确定导航信息的方法，其中图8示出了该方法的流程示意图。参考图8所示，该方法包括：
S802：第一导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用所述第一导航信息对预先设置的惯性导航计算模型进行初始化；
S804：第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；以及
S806：第一惯性导航设备基于第一导航信息以及第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用所述惯性导航计算模型以及预先设置的递归运算模型，确定第四导航信息作为第一惯性导航设备输出的导航信息。
其中，惯性导航计算模型为基于第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型。
从而通过这种方式，第一惯性导航设备能够利用预先设置的递归运算模型，逐渐减小第一惯性导航设备和第二惯性导航设备之间的姿态偏差对整个牵引启动的影响，从而使得第一惯性导航设备的输出更加准确。解决了现有技术中存在的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
可选地，第一导航信息和第二导航信息包括第二惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；第三导航信息包括第一惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；第四导航信息包括第一惯性导航设备的载体的速度以及位置信息；惯性导航计算模型是基于第一惯性导航设备，利用捷联惯性导航算法获得的线性模型；并且递归运算模型为卡尔曼滤波器。
具体来说，所述卡尔曼滤波器是基于以下方程的卡尔曼滤波器：
状态方程：
Figure BDA0002021851460000121
以及
量测方程：
Figure BDA0002021851460000131
其中，X为状态变量，并且
Figure BDA0002021851460000132
式中，φE为第一惯性导航设备的横摇角误差、φN为第一惯性导航设备的纵摇角误差、φU为第一惯性导航设备的航向角误差、δvE为第一惯性导航设备的东向速度误差、δvN为第一惯性导航设备的北向速度误差、δvU为第一惯性导航设备的垂向速度误差、δL为第一惯性导航设备的纬度误差、δλ为第一惯性导航设备的经度误差、δh为第一惯性导航设备的高度误差、
Figure BDA0002021851460000133
为第一惯性导航设备的X陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000134
为第一惯性导航设备的Y陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000135
为第一惯性导航设备的Z陀螺零偏、
Figure BDA0002021851460000136
为第一惯性导航设备的X加速度计零偏、
Figure BDA0002021851460000137
为第一惯性导航设备的Y加速度计零偏以及
Figure BDA0002021851460000138
为第一惯性导航设备的Z加速度计零偏，并且
Figure BDA0002021851460000139
其中，
Figure BDA00020218514600001310
Figure BDA0002021851460000141
Figure BDA0002021851460000142
Figure BDA0002021851460000143
Figure BDA0002021851460000144
Figure BDA0002021851460000145
式中，L为第二惯性导航设备纬度、λ为第二惯性导航设备经度、h为第二惯性导航设备高度、vE为第二惯性导航设备东速、vN为第二惯性导航设备北速、vU为第二惯性导航设备垂速、fE为第一惯性导航设备东向加速度、fN为第一惯性导航设备北向加速度、fU为第一惯性导航设备垂向加速度、ωie为地球自转角速度、RE为地球子午圈半径以及RN为地球卯酉圈半径、
Figure BDA0002021851460000146
为第二惯性导航设备的X陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000147
为第二惯性导航设备的Y陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000148
为第二惯性导航设备的Z陀螺零偏过程白噪声、
Figure BDA0002021851460000149
为第二惯性导航设备的X加速度计零偏过程白噪声、
Figure BDA00020218514600001410
为第二惯性导航设备的Y加速度计零偏过程白噪声以及
Figure BDA0002021851460000151
为第二惯性导航设备的Z加速度计零偏过程白噪声，并且
Ls、λs、hs、vEs、vNs和vUs分别表示第一惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，Lr、λr、hr、vEr、vNr和vUr表示第二惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及H＝[06×3 I6×6 06×6]，V为6维向量，表示纬度的观测白噪声、经度的观测白噪声、高度的观测白噪声、东速的观测白噪声、北速的观测白噪声和垂速的观测白噪声。
从而，在本实施例中，被牵引惯导(即第一惯性导航设备)利用牵引惯导(即第二惯性导航设备)提供的导航信息进行速度、位置和姿态初始化，并经过卡尔曼滤波精对准实时有效地估计出被牵引惯导的横摇角误差、纵摇角误差、航向角误差、东向速度误差、北向速度误差、垂向速度误差、纬度误差、经度误差、高度误差、三个陀螺仪零偏和三个加速度计零偏，确保了牵引启动后被牵引惯导的导航性能满足指标要求。解决了现有技术中在没有卫星导航下利用另一套激光惯性导航***导航信息的牵引启动方法的问题。
此外，可选地，方法还包括：第一惯性导航设备针对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备进行杆臂补偿。
具体地，图6示出了第一惯性导航设备与第二惯性导航设备的杆臂的示意图。其中Ob为第一惯性导航设备的坐标系，OB为第二导航设备的坐标系。从而，补偿杆臂效应误差第二惯性导航设备的位置、速度在第一惯性导航设备的位置处(b点)的观测量为：
Figure BDA0002021851460000152
以及
Figure BDA0002021851460000161
式中，Lb、λb、hb、vEb、vNb和vUb分别表示第一惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，LB、λB、hB、vEB、vNB和vUB分别表示第二惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
以及
Figure BDA0002021851460000162
为第二惯性导航设备的姿态矩阵，计算如下
Figure BDA0002021851460000163
其中R、P和H为第二惯性导航设备的横摇角、纵摇角和航向角，以及
Figure BDA0002021851460000164
为第二惯性导航设备在地理坐标系上的三个姿态角速度；
rx、ry、rz为沿横轴、纵轴和方位轴方向的杆臂。
从而，通过以上方式进行杆臂补偿，提高了第一导航设备输出的导航信息的准确性。
可选地，第一导航设备还配置用于执行以下操作：确定第二惯性导航设备与第一惯性导航设备之间的延时；以及根据所确定的延时，对第一导航信息进行补偿。
从而，通过对第一惯性导航设备与第二惯性导航设备之间的延时进行补偿，确保两套惯性导航设备能够将同一时刻点的导航信息进行比对，从而提高了第一惯性导航设备输出的导航信息的准确性。
从而，综上所述，通过本实施例提供的方法，第一惯性导航设备能够利用预先设置的递归运算模型，逐渐减小第一惯性导航设备和第二惯性导航设备之间的姿态偏差对整个牵引启动的影响，从而使得第一惯性导航设备的输出更加准确。解决了现有技术中存在的舰艇导航***中不同舱室的激光惯性导航设备之间存在姿态偏差，从而在牵引启动的过程中容易引起误差的问题。
下面参考图9，以第一惯性导航设备的牵引启动的过程为例，描述本实施例所述的导航***的具体流程。
在步骤S902，第一惯性导航设备(即被牵引惯导)开始牵引启动；
然后在步骤S912，第二惯性导航设备(即牵引惯导)测量姿态、速度和位置等导航信息，并且将导航信息经过姿态零位变换、旋转角变换、杆臂补偿以及延时补偿后发送给第一惯性导航设备(当然，以上补偿操作也可以在第一惯性导航设备进行)；
然后在步骤S904，第一惯性导航设备利用从第二惯性导航设备获取的导航信息，进行姿态、速度和位置的初始化；
然后接下来，在步骤S914，第二惯性导航设备继续测量速度和位置并将其在进行杆臂补偿和延时补偿后发送给第一惯性导航设备(当然，以上补偿操作也可以在第一惯性导航设备进行)。
然后，在步骤S906，第一惯性导航设备利用从第二惯性导航设备接收的速度和位置信息，通过卡尔曼滤波进行修正。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种确定导航信息的方法，用于重新启动的船舶载体上的惯性导航设备，其特征在于，包括：
第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用所述第一导航信息针对预先设置的惯性导航计算模型进行速度、位置和姿态的初始化，其中所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备为对等的惯性导航设备，位于相同的船舶载体的不同位置，并且所述第一惯性导航设备为重新启动的惯性导航设备；
第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；以及
所述第一惯性导航设备基于所述第二导航信息以及所述第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用所述惯性导航计算模型以及预先设置的递归运算模型，确定第四导航信息作为所述第一惯性导航设备输出的导航信息，其中
所述惯性导航计算模型为基于所述第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型，并且其中
所述第一导航信息和所述第二导航信息包括所述第二惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；
所述第三导航信息包括所述第一惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；
所述第四导航信息包括所述第一惯性导航设备的载体的速度以及位置信息；
所述惯性导航计算模型是基于第一惯性导航设备，利用捷联惯性导航算法获得的线性模型；并且
所述递归运算模型为卡尔曼滤波器，并且其中
所述卡尔曼滤波器是基于以下方程的卡尔曼滤波器：
状态方程：
Figure FDA0003120382980000021
以及
量测方程：
Figure FDA0003120382980000022
其中，X为状态变量，并且
Figure FDA0003120382980000023
式中，φE为第一惯性导航设备的横摇角误差、φN为第一惯性导航设备的纵摇角误差、φU为第一惯性导航设备的航向角误差、δvE为第一惯性导航设备的东向速度误差、δvN为第一惯性导航设备的北向速度误差、δvU为第一惯性导航设备的垂向速度误差、δL为第一惯性导航设备的纬度误差、δλ为第一惯性导航设备的经度误差、δh为第一惯性导航设备的高度误差、
Figure FDA0003120382980000024
为第一惯性导航设备的X陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000025
为第一惯性导航设备的Y陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000026
为第一惯性导航设备的Z陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000027
为第一惯性导航设备的X加速度计零偏、
Figure FDA0003120382980000028
为第一惯性导航设备的Y加速度计零偏以及
Figure FDA0003120382980000029
为第一惯性导航设备的Z加速度计零偏，并且
Figure FDA00031203829800000210
其中，
Figure FDA0003120382980000031
Figure FDA0003120382980000032
Figure FDA0003120382980000033
Figure FDA0003120382980000034
Figure FDA0003120382980000035
Figure FDA0003120382980000036
式中，L为第二惯性导航设备纬度、λ为第二惯性导航设备经度、h为第二惯性导航设备高度、vE为第二惯性导航设备东速、vN为第二惯性导航设备北速、vU为第二惯性导航设备垂速、fE为第一惯性导航设备东向加速度、fN为第一惯性导航设备北向加速度、fU为第一惯性导航设备垂向加速度、ωie为地球自转角速度、RE为地球子午圈半径以及RN为地球卯酉圈半径、
Figure FDA0003120382980000037
为第二惯性导航设备的X陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000041
为第二惯性导航设备的Y陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000042
为第二惯性导航设备的Z陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000043
为第二惯性导航设备的X加速度计零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000044
为第二惯性导航设备的Y加速度计零偏过程白噪声以及
Figure FDA0003120382980000045
为第二惯性导航设备的Z加速度计零偏过程白噪声，并且
Ls、λs、hs、vEs、vNs和vUs分别表示第一惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，Lr、λr、hr、vEr、vNr和vUr表示第二惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
H＝[06×3 I6×6 06×6]，V为6维向量，表示纬度的观测白噪声、经度的观测白噪声、高度的观测白噪声、东速的观测白噪声、北速的观测白噪声和垂速的观测白噪声，并且其中
方法还包括：第一惯性导航设备针对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备之间杆臂补偿，并且其中
针对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备进行杆臂补偿的操作，包括按照以下公式进行杆臂补偿：
Figure FDA0003120382980000046
以及
Figure FDA0003120382980000047
式中，Lb、λb、hb、vEb、vNb和vUb分别表示第一惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，LB、λB、hB、vEB、vNB和vUB分别表示第二惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
以及
Figure FDA0003120382980000051
为第二惯性导航设备的姿态矩阵，计算如下
Figure FDA0003120382980000052
其中R、P和H为第二惯性导航设备的横摇角、纵摇角和航向角，以及
Figure FDA0003120382980000053
为第二惯性导航设备在地理坐标系上的三个姿态角速度；
rx、ry、rz为沿横轴、纵轴和方位轴方向的杆臂，并且
方法还包括：确定所述第二惯性导航设备与所述第一惯性导航设备之间的延时；以及根据所确定的延时，对所述第一导航信息进行补偿，并且其中
根据所确定的延时，对所述第一导航信息进行补偿的操作，包括：
若Td<＝△T
info_pps＝info[k]*(△T-Td)/T+info[k+1]*(T-(△T-Td))/T
若Td>△T
设△T1＝Td-△T，n＝1，
若△T1>T，则进行以下循环计算：△T1＝△T1-T，n++，直至△T1<T为止，此时info_pps＝info[k+n]*(T-△T1)/T+info[k+n+1]*△T1/T，其中
Td为第二惯性导航设备的激光陀螺采集数据进行滤波预处理的滤波延时，并且根据以下公式计算：Td＝滤波阶数/(2*采样频率)；
info_pps是所述第二惯性导航设备在k+1中断时刻计算完后输出至被牵引惯导的导航信息；
info[k]为所述第二惯性导航设备在第k个内部时钟所测量的导航信息，info[k+1]为所述第二惯性导航设备在第k+1个内部时钟所测量的导航信息；
△T是第一惯性导航设备的第n个内部时钟与第二惯性导航设备第k+1个内部时钟之间的延时；以及
T是第一惯性导航设备与第二惯性导航设备的内部时钟的周期。
2.一种用于船舶载体的导航***，包括通信连接的第一惯性导航设备和第二惯性导航设备，其中所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备为对等的惯性导航设备，位于所述船舶载体的不同位置，并且所述第一惯性导航设备为重新启动的惯性导航设备，其特征在于，所述第一惯性导航设备被配置为执行以下操作：
所述第一惯性导航设备从所述第二惯性导航设备接收第一导航信息，并利用所述第一导航信息针对预先设置的惯性导航计算模型进行速度、位置和姿态的初始化；
第一惯性导航设备从第二惯性导航设备接收第二导航信息；
以及
所述第一惯性导航设备基于所述第二导航信息以及所述第一惯性导航设备测量的第三导航信息，利用预先设置的惯性导航计算模型以及递归运算模型，确定第四导航信息作为所述第一惯性导航设备输出的导航信息，其中
所述惯性导航计算模型为基于所述第一惯性导航设备测量的导航参数的惯性导航计算模型；并且
所述递归运算模型为用于修正所述第一惯性导航设备的递归运算模型，并且其中
所述第一惯性导航设备和所述第二惯性导航设备能够互换，并且其中
所述第一导航信息和所述第二导航信息包括所述第二惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；
所述第三导航信息包括所述第一惯性导航设备测量的姿态、速度以及位置信息；
所述第四导航信息包括所述第一惯性导航设备的载体的速度以及位置信息；
所述惯性导航计算模型是基于第一惯性导航设备，利用捷联惯性导航算法获得的线性模型；并且
所述递归运算模型为卡尔曼滤波器，并且其中
所述卡尔曼滤波器是基于以下方程的卡尔曼滤波器：
状态方程：
Figure FDA0003120382980000071
以及
量测方程：
Figure FDA0003120382980000072
其中，X为状态变量，并且
Figure FDA0003120382980000073
式中，φE为第一惯性导航设备的横摇角误差、φN为第一惯性导航设备的纵摇角误差、φU为第一惯性导航设备的航向角误差、δvE为第一惯性导航设备的东向速度误差、δvN为第一惯性导航设备的北向速度误差、δvU为第一惯性导航设备的垂向速度误差、δL为第一惯性导航设备的纬度误差、δλ为第一惯性导航设备的经度误差、δh为第一惯性导航设备的高度误差、
Figure FDA0003120382980000081
为第一惯性导航设备的X陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000082
为第一惯性导航设备的Y陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000083
为第一惯性导航设备的Z陀螺零偏、
Figure FDA0003120382980000084
为第一惯性导航设备的X加速度计零偏、
Figure FDA0003120382980000085
为第一惯性导航设备的Y加速度计零偏以及
Figure FDA0003120382980000086
为第一惯性导航设备的Z加速度计零偏，并且
Figure FDA0003120382980000087
其中，
Figure FDA0003120382980000088
Figure FDA0003120382980000089
Figure FDA00031203829800000810
Figure FDA00031203829800000811
Figure FDA0003120382980000091
Figure FDA0003120382980000092
式中，L为第二惯性导航设备纬度、λ为第二惯性导航设备经度、h为第二惯性导航设备高度、vE为第二惯性导航设备东速、vN为第二惯性导航设备北速、vU为第二惯性导航设备垂速、fE为第一惯性导航设备东向加速度、fN为第一惯性导航设备北向加速度、fU为第一惯性导航设备垂向加速度、ωie为地球自转角速度、RE为地球子午圈半径以及RN为地球卯酉圈半径、
Figure FDA0003120382980000093
为第二惯性导航设备的X陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000094
为第二惯性导航设备的Y陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000095
为第二惯性导航设备的Z陀螺零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000096
为第二惯性导航设备的X加速度计零偏过程白噪声、
Figure FDA0003120382980000097
为第二惯性导航设备的Y加速度计零偏过程白噪声以及
Figure FDA0003120382980000098
为第二惯性导航设备的Z加速度计零偏过程白噪声，并且
Ls、λs、hs、vEs、vNs和vUs分别表示第一惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，Lr、λr、hr、vEr、vNr和vUr表示第二惯性导航设备***解算输出的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
H＝[06×3 I6×6 06×6]，V为6维向量，表示纬度的观测白噪声、经度的观测白噪声、高度的观测白噪声、东速的观测白噪声、北速的观测白噪声和垂速的观测白噪声，并且其中
并且，所述第一惯性导航设备被配置为执行以下操作：第一惯性导航设备针对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备之间杆臂补偿，并且其中
针对所述第一惯性导航设备与所述第二惯性导航设备进行杆臂补偿的操作，包括按照以下公式进行杆臂补偿：
Figure FDA0003120382980000101
以及
Figure FDA0003120382980000102
式中，Lb、λb、hb、vEb、vNb和vUb分别表示第一惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，LB、λB、hB、vEB、vNB和vUB分别表示第二惯性导航设备载体坐标系下的纬度、经度、高度、东速、北速和垂速，以及
以及
Figure FDA0003120382980000103
为第二惯性导航设备的姿态矩阵，计算如下
Figure FDA0003120382980000104
其中R、P和H为第二惯性导航设备的横摇角、纵摇角和航向角，以及
Figure FDA0003120382980000105
为第二惯性导航设备在地理坐标系上的三个姿态角速度；
rx、ry、rz为沿横轴、纵轴和方位轴方向的杆臂，并且
第一惯性导航设备还被配置为进一步执行以下操作：确定所述第二惯性导航设备与所述第一惯性导航设备之间的延时；以及根据所确定的延时，对所述第一导航信息进行补偿，并且其中
根据所确定的延时，对所述第一导航信息进行补偿的操作，包括：
若Td<＝△T
info_pps＝info[k]*(△T-Td)/T+info[k+1]*(T-(△T-Td))/T
若Td>△T
设△T1＝Td-△T，n＝1，
若△T1>T，则进行以下循环计算：△T1＝△T1-T，n++，直至△T1<T为止，此时info_pps＝info[k+n]*(T-△T1)/T+info[k+n+1]*△T1/T，其中
Td为第二惯性导航设备的激光陀螺采集数据进行滤波预处理的滤波延时，并且根据以下公式计算：Td＝滤波阶数/(2*采样频率)；
info_pps是所述第二惯性导航设备在k+1中断时刻计算完后输出至被牵引惯导的导航信息；
info[k]为所述第二惯性导航设备在第k个内部时钟所测量的导航信息，info[k+1]为所述第二惯性导航设备在第k+1个内部时钟所测量的导航信息；
△T是第一惯性导航设备的第n个内部时钟与第二惯性导航设备第k+1个内部时钟之间的延时；以及
T是第一惯性导航设备与第二惯性导航设备的内部时钟的周期。
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