一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，屬于 慣導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提供高精度的實時位 置和速度信息，將慣導(dǎo)與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行組合可以抑制慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差隨時間累積的 缺點，實現(xiàn)高精度導(dǎo)航定位。
[0003] 在進行慣導(dǎo)/北斗組合導(dǎo)航仿真研究時，一般設(shè)定仿真軌跡（包含載體的運動速 度、位置、姿態(tài)）和衛(wèi)星位置，由設(shè)定仿真軌跡中載體的位置和衛(wèi)星位置計算得到北斗的偽 距、偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，并給定北斗的偽距誤差、偽距率誤差值以及噪聲，將以上數(shù)據(jù)融合得到 用于組合導(dǎo)航仿真的北斗數(shù)據(jù)。實際環(huán)境比較復(fù)雜，仿真噪聲不能全面反映北斗的噪聲特 性，導(dǎo)致組合導(dǎo)航仿真結(jié)果不能全面地反映實際情況。為了更好地進行慣導(dǎo)/北斗組合導(dǎo) 航研究，本專利申請?zhí)岢隽艘环N用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 1、本發(fā)明的目的是提供一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，該方 法能夠更好地模擬北斗輸出的數(shù)據(jù)。
[0005] 2、技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，該方法具體步驟如 下：
[0007] 步驟1、將慣導(dǎo)/北斗組合系統(tǒng)安裝到載體上，并上電啟動。
[0008] 步驟2、裝訂初始參數(shù)（包括初始的經(jīng)度、緯度、高度）至導(dǎo)航計算機。
[0009] 步驟3、載體保持靜止，慣導(dǎo)進行5分鐘靜態(tài)初始對準(zhǔn)。
[0010] 步驟4、完成對準(zhǔn)后載體開始運動，運動過程中慣導(dǎo)進行慣性導(dǎo)航計算，采集并保 存開始運動后50秒內(nèi)慣導(dǎo)輸出的載體位置（經(jīng)度、緯度、高度）以及北斗接收機輸出的偽 距值、偽距率值、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)。
[0011] 步驟5、由采集的衛(wèi)星位置和載體位置計算得到偽距參考值、偽距率參考值，將計 算得到的偽距參考值、偽距率參考值分別與北斗接收機輸出的偽距值、偽距率值作差，得到 北斗偽距噪聲和偽距率噪聲。
[0012] 步驟6、設(shè)定仿真軌跡（包含載體的運動速度、位置、姿態(tài)）和衛(wèi)星位置，由設(shè)定仿 真軌跡中載體的位置和衛(wèi)星的位置計算得到北斗的偽距標(biāo)準(zhǔn)值，偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，給定偽距 誤差值，偽距率誤差值，然后將以上數(shù)據(jù)與步驟5中得到的偽距噪聲、偽距率噪聲進行數(shù)據(jù) 融合，得到用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù)據(jù)。
[0013] 其中，步驟5中所述"得到北斗偽距噪聲和偽距率噪聲"，其實現(xiàn)過程說明如下：
[0014] 北斗接收機至少要選取4顆衛(wèi)星才能解算出載體的位置和鐘差，所以要保存四顆 星的偽距、偽距率和衛(wèi)星位置。載體開始運動，采集得到了 50秒內(nèi)北斗四顆衛(wèi)星的偽距 分別為/4(0、p1(0;偽距率分別為4(0、S(o、So·)、慣導(dǎo)輸出 的載體所在位置的經(jīng)度為λ (i)，緯度為L(i)，高度為h(i)，在空間直角坐標(biāo)系下位置為 (x(i) y(i) z(i))T，其中 i = l...n。
[0015] 經(jīng)緯高轉(zhuǎn)換直角坐標(biāo)計算公式如下：
[0016] x(i) = (RN+h(i))cosL(i)cos λ (i)
[0017] y(i) = (RN+h (i)) cosLsin λ (i)
[0018] z(i) = [RN(l-e2)+h(i)]sinL(i)
[0019] 式中Rn為卯酉圈曲率半徑。
[0020] 由采集到的四顆衛(wèi)星在空間直角坐標(biāo)系下的位置(X:(i) .y:(i)之⑴)1、
【主權(quán)項】
1. 一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，其特征在于：該方法具體步驟 如下： 步驟1、將慣導(dǎo)/北斗組合系統(tǒng)安裝到載體上，并上電啟動； 步驟2、裝訂初始參數(shù)，包括初始的經(jīng)度、緯度、高度至導(dǎo)航計算機； 步驟3、載體保持靜止，慣導(dǎo)進行5分鐘靜態(tài)初始對準(zhǔn)； 步驟4、完成對準(zhǔn)后載體開始運動，運動過程中慣導(dǎo)進行慣性導(dǎo)航計算，采集并保存開 始運動后50秒內(nèi)慣導(dǎo)輸出的載體位置即經(jīng)度、緯度、高度以及北斗接收機輸出的偽距值、 偽距率值、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)； 步驟5、由采集的衛(wèi)星位置和載體位置計算得到偽距參考值、偽距率參考值，將計算得 到的偽距參考值、偽距率參考值分別與北斗接收機輸出的偽距值、偽距率值作差，得到北斗 偽距噪聲和偽距率噪聲； 步驟6、設(shè)定仿真軌跡，包含載體的運動速度、位置、姿態(tài)和衛(wèi)星位置，由設(shè)定仿真軌跡 中載體的位置和衛(wèi)星的位置計算得到北斗的偽距標(biāo)準(zhǔn)值，偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，給定偽距誤差值， 偽距率誤差值，然后將以上數(shù)據(jù)與步驟5中得到的偽距噪聲、偽距率噪聲進行數(shù)據(jù)融合，得 到用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，其特征 在于：步驟5中所述"得到北斗偽距噪聲和偽距率噪聲"，其實現(xiàn)過程說明如下： 北斗接收機至少要選取4顆衛(wèi)星才能解算出載體的位置和鐘差，所以要保存四顆星的 偽距、偽距率和衛(wèi)星位置；載體開始運動，采集得到了 50秒內(nèi)北斗四顆衛(wèi)星的偽距分別為 >4 0·)、d 0')、(〇、d ；偽距率分別為 /?(〇、/?(〇、/? (〇、/?(〇;慣導(dǎo)輸出的載 體所在位置的經(jīng)度為λ (i)，緯度為L(i)，高度為h(i)，在空間直角坐標(biāo)系下位置為（x(i) y (i) z (i)) τ，其中 i = 1··· η ; 經(jīng)緯高轉(zhuǎn)換直角坐標(biāo)計算公式如下： X (i) = (RN+h (i)) cos L(i)cosA (i) y(i) = (RN+h(i))cos L sinX (i) z(i) = [RN(l-e2)+h(i)]sin L(i) 式中Rm為卯酉圈曲率半徑； 由采集到的四顆衛(wèi)星在空間直角坐標(biāo)系下的位置W(i) J!(i) Ai))1、 (-(⑴ X2(i) <(i))'、（.(;(i) .y:(i) z:(i)) T、（Λ'4(?) 又⑴以^廠計算得到偽距參考值/^^/^丨卜/^^/^⑴^十算公式如下： Γ I ? ^ηΚ ρ){\)= (A(i)-x'(i))' +(v(i)-v!(i))' +(z(i)-zj(i))' _ r ? 2 /^(0= (^(0_ νΓ(〇) +(>:(0_ ν.Γ(〇) +(z(0_zs (〇) (i = 1· · · η); 「 2 ο τ ~\Υ? p/(i) = (.v(i)-.Y；!(i))' +(v(i)-v'(i))' +(z(i)-z；'(i))~ /?；(i)= (λΙ?)-^(?))" +(v(i)-v^(i))' +(z(i)-z^(i))' ^ 由偽距參考值和北斗接收機采樣時間At計算得到偽距率參考值 A(i)、g(i)、/>%)、/:>%)，計算公式如下： Ρ；(?) = [ρ；(〇-ρ](1-1)]/Δ? Pl(') = [λ2(Ο - Pi (' - 0] IΑ? (i = I. . . η)； />；(i) = [p；(〇-p；(i-])]/A/ Α4(>) = [/^(〇-ρ/(·-?)] /A/ 北斗四顆衛(wèi)星的偽距噪聲為<(〇、<(i)、<(i)、<(i)，計算如下： (〇 = P? (0-^/(0 (0 = Z7I(O-A2Ci) (i = I... η)； = Ai(O-A4O) 偽距率噪聲為^、⑴、"^⑴、<(i)、4(i)，計算如下： '^(i) = ^(i)-p；(i) α = 1···η) η^(?) = ρ；(?)-ρ：；β) 4(0 = /^)-々/4(0 得到偽距參考值、偽距率參考值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，其特征 在于：步驟6中所述"得到用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù)據(jù)"，其實現(xiàn)過程說明 如下： 設(shè)定仿真軌跡，包含載體的運動速度、位置、姿態(tài)和衛(wèi)星位置，由設(shè)定仿真軌跡中載體 的位置和衛(wèi)星的位置計算得到北斗的偽距標(biāo)準(zhǔn)值，偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，給定偽距誤差值，偽距率 誤差值，然后將以上數(shù)據(jù)與步驟5中得到的偽距噪聲、偽距率噪聲進行數(shù)據(jù)融合，得到用于 組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù)據(jù)；定義：設(shè)定仿真軌跡中載體位置為（L t (i) λ t (i) ht(i))T，在空間直角坐標(biāo)系中的位置為（xt(i) yt(i) zt(i))T;仿真設(shè)定的北斗四顆衛(wèi) 星的位置分別為（x:,(i) r:,(i) 4(i))T、（X% 乂:川 4(i))T、（x:,(i)少％ (x:>) <(i)〈(if:給定的偽距誤差值為Stu,偽距率誤差值為Stra;仿真計算得到 的北斗四顆衛(wèi)星的偽距標(biāo)準(zhǔn)值分別為/4(0, P〗,(〇,義,(〇, 偽距率標(biāo)準(zhǔn)值分別為 /4(0，/4(0，/?,")，/?·)，其中 i = 1··· η ; 經(jīng)緯高轉(zhuǎn)換直角坐標(biāo)計算公式如下： xt (i) = (RN+ht(i))cos Lt(i)cos λ t(i) yt(i) = (RN+ht(i))cos Lt (i) sin λ t (i) (i = I. . . n) zt (i) = [RN(l-e2)+ht(i)]sin Lt (i) 式中Rm為卯酉圈曲率半徑； 由設(shè)定仿真軌跡中載體的位置和衛(wèi)星的位置計算得到北斗的偽距標(biāo)準(zhǔn)值，計算公式如 下： P1Bt (i) = (? (0 -·γ!,(〇)" + (y,(0 - ν',(i))- + (z,(Ο - 4(i))- ^ Pa(i)= (^(0- ^(0) +(^,(1)-.1--(1))" +(z,(i)-z；,(i))" ^ (i = I…n); p?(i)= (-^(0-^(0) +(Λ (0-^/(0) +(ζΛ0~ z^(O) Pm (i) = (i) - 4 (i))_ +{y, (i) - (i))- + (z, (0 - 4 (i))' ^ 由仿真設(shè)定的北斗采樣時間△ t和計算得到北斗的偽距標(biāo)準(zhǔn)值得到偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，計 算公式如下： pl〇) = [pl(〇-pl〇-d]^f Pl (') = [pi, (0 - pi (? - Ο] / δ/ (i = I. . . η)； Pi(i) = [P/；(〇-/4(i-l)]/Ai PU') = [ρ? (〇 - Ρη, (? -!)]1 Α? 由計算得到的偽距標(biāo)準(zhǔn)值、偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，給定偽距誤差值、偽距率誤差值以及提取 的北斗四顆衛(wèi)星的偽距噪聲、偽距率噪聲，得到用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù) 據(jù)； 用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距<(〇, ρ〗/(0，/<(0，/>】/(0計算式如下： = +uv，(·) Pm (0 = Av,(〇 + dl" + H7-(') (i = I. . . η)； /4(>) = /4(>) + ?>λ+ ην，(〇 ^/(1) = ^(1) + ^ + ^(0 用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距率/4 (0, /? (〇，/^(〇, /力⑴計算公式如下： /?, (1XU) +汾," + u;，(i) Pm (') = ) + ^1lll + νι；Λ(') (i = I. · · η)。 Α^') = Α?,(·) + ^? + 1ι/,(·) Al (0 = /^(0+^,,, + ^(')
【專利摘要】一種用于組合導(dǎo)航半實物仿真的北斗數(shù)據(jù)建模方法，有六大步驟：一、將慣導(dǎo)/北斗組合系統(tǒng)安裝到載體上并上電啟動；二、裝訂初始參數(shù)至導(dǎo)航計算機；三、載體靜止，慣導(dǎo)進行5分鐘靜態(tài)初始對準(zhǔn)；四、載體運動，慣導(dǎo)導(dǎo)航計算，采集并保存運動后50秒內(nèi)慣導(dǎo)輸出載體位置以及北斗接收機輸出偽距值、偽距率值、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)；五、由采集的衛(wèi)星和載體位置計算得到偽距參考值、偽距率參考值，并分別與北斗接收機輸出的偽距值、偽距率值作差，得到北斗偽距噪聲和偽距率噪聲；六、設(shè)定仿真軌跡，計算得到北斗的偽距、偽距率標(biāo)準(zhǔn)值，給定偽距、偽距率誤差值，將以上數(shù)據(jù)與偽距噪聲、偽距率噪聲進行數(shù)據(jù)融合，得到用于組合導(dǎo)航半實物仿真的偽距、偽距率數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01S19-47
【公開號】CN104656111
【申請?zhí)枴緾N201410538352
【發(fā)明人】張小躍, 宋凝芳, 易曉靜, 時海濤, 潘建業(yè), 劉鵬博
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年10月13日