一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法
【专利说明】
[0001]
技术领域：本发明涉及一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，属于 惯导技术领域。
【背景技术】：
[0002] 北斗卫星导航系统是由我国自主研发的卫星导航系统，可以提供高精度的实时位 置和速度信息，将惯导与北斗卫星导航系统进行组合可以抑制惯导系统误差随时间累积的 缺点，实现高精度导航定位。
[0003] 在进行惯导/北斗组合导航仿真研究时，一般设定仿真轨迹（包含载体的运动速 度、位置、姿态）和卫星位置，由设定仿真轨迹中载体的位置和卫星位置计算得到北斗的伪 距、伪距率标准值，并给定北斗的伪距误差、伪距率误差值以及噪声，将以上数据融合得到 用于组合导航仿真的北斗数据。实际环境比较复杂，仿真噪声不能全面反映北斗的噪声特 性，导致组合导航仿真结果不能全面地反映实际情况。为了更好地进行惯导/北斗组合导 航研究，本专利申请提出了一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法。
【发明内容】
：
[0004] 1、本发明的目的是提供一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，该方 法能够更好地模拟北斗输出的数据。
[0005] 2、技术方案：
[0006] 本发明一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，该方法具体步骤如 下：
[0007] 步骤1、将惯导/北斗组合系统安装到载体上，并上电启动。
[0008] 步骤2、装订初始参数（包括初始的经度、纬度、高度）至导航计算机。
[0009] 步骤3、载体保持静止，惯导进行5分钟静态初始对准。
[0010] 步骤4、完成对准后载体开始运动，运动过程中惯导进行惯性导航计算，采集并保 存开始运动后50秒内惯导输出的载体位置（经度、纬度、高度）以及北斗接收机输出的伪 距值、伪距率值、卫星位置数据。
[0011] 步骤5、由采集的卫星位置和载体位置计算得到伪距参考值、伪距率参考值，将计 算得到的伪距参考值、伪距率参考值分别与北斗接收机输出的伪距值、伪距率值作差，得到 北斗伪距噪声和伪距率噪声。
[0012] 步骤6、设定仿真轨迹（包含载体的运动速度、位置、姿态）和卫星位置，由设定仿 真轨迹中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值，伪距率标准值，给定伪距 误差值，伪距率误差值，然后将以上数据与步骤5中得到的伪距噪声、伪距率噪声进行数据 融合，得到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据。
[0013] 其中，步骤5中所述"得到北斗伪距噪声和伪距率噪声"，其实现过程说明如下：
[0014] 北斗接收机至少要选取4颗卫星才能解算出载体的位置和钟差，所以要保存四颗 星的伪距、伪距率和卫星位置。载体开始运动，采集得到了 50秒内北斗四颗卫星的伪距 分别为/4(0、p1(0;伪距率分别为4(0、S(o、So·)、惯导输出 的载体所在位置的经度为λ (i)，纬度为L(i)，高度为h(i)，在空间直角坐标系下位置为 (x(i) y(i) z(i))T，其中 i = l...n。
[0015] 经纬高转换直角坐标计算公式如下：
[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为卯酉圈曲率半径。
[0020] 由采集到的四颗卫星在空间直角坐标系下的位置(X:(i) .y:(i)之⑴)1、
【主权项】
1. 一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，其特征在于：该方法具体步骤 如下： 步骤1、将惯导/北斗组合系统安装到载体上，并上电启动； 步骤2、装订初始参数，包括初始的经度、纬度、高度至导航计算机； 步骤3、载体保持静止，惯导进行5分钟静态初始对准； 步骤4、完成对准后载体开始运动，运动过程中惯导进行惯性导航计算，采集并保存开 始运动后50秒内惯导输出的载体位置即经度、纬度、高度以及北斗接收机输出的伪距值、 伪距率值、卫星位置数据； 步骤5、由采集的卫星位置和载体位置计算得到伪距参考值、伪距率参考值，将计算得 到的伪距参考值、伪距率参考值分别与北斗接收机输出的伪距值、伪距率值作差，得到北斗 伪距噪声和伪距率噪声； 步骤6、设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态和卫星位置，由设定仿真轨迹 中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值，伪距率标准值，给定伪距误差值， 伪距率误差值，然后将以上数据与步骤5中得到的伪距噪声、伪距率噪声进行数据融合，得 到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据。
2. 根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，其特征 在于：步骤5中所述"得到北斗伪距噪声和伪距率噪声"，其实现过程说明如下： 北斗接收机至少要选取4颗卫星才能解算出载体的位置和钟差，所以要保存四颗星的 伪距、伪距率和卫星位置；载体开始运动，采集得到了 50秒内北斗四颗卫星的伪距分别为 >4 0·)、d 0')、(〇、d ；伪距率分别为 /?(〇、/?(〇、/? (〇、/?(〇;惯导输出的载 体所在位置的经度为λ (i)，纬度为L(i)，高度为h(i)，在空间直角坐标系下位置为（x(i) y (i) z (i)) τ，其中 i = 1··· η ; 经纬高转换直角坐标计算公式如下： 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为卯酉圈曲率半径； 由采集到的四颗卫星在空间直角坐标系下的位置W(i) J!(i) Ai))1、 (-(⑴ X2(i) <(i))'、（.(;(i) .y:(i) z:(i)) T、（Λ'4(?) 又⑴以^厂计算得到伪距参考值/^^/^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))' ^ 由伪距参考值和北斗接收机采样时间At计算得到伪距率参考值 A(i)、g(i)、/>%)、/:>%)，计算公式如下： 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/ 北斗四颗卫星的伪距噪声为<(〇、<(i)、<(i)、<(i)，计算如下： (〇 = P? (0-^/(0 (0 = Z7I(O-A2Ci) (i = I... η)； = Ai(O-A4O) 伪距率噪声为^、⑴、"^⑴、<(i)、4(i)，计算如下： '^(i) = ^(i)-p；(i) α = 1···η) η^(?) = ρ；(?)-ρ：；β) 4(0 = /^)-々/4(0 得到伪距参考值、伪距率参考值。
3.根据权利要求1所述的一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，其特征 在于：步骤6中所述"得到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据"，其实现过程说明 如下： 设定仿真轨迹，包含载体的运动速度、位置、姿态和卫星位置，由设定仿真轨迹中载体 的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值，伪距率标准值，给定伪距误差值，伪距率 误差值，然后将以上数据与步骤5中得到的伪距噪声、伪距率噪声进行数据融合，得到用于 组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据；定义：设定仿真轨迹中载体位置为（L t (i) λ t (i) ht(i))T，在空间直角坐标系中的位置为（xt(i) yt(i) zt(i))T;仿真设定的北斗四颗卫 星的位置分别为（x:,(i) r:,(i) 4(i))T、（X% 乂:川 4(i))T、（x:,(i)少％ (x:>) <(i)〈(if:给定的伪距误差值为Stu,伪距率误差值为Stra;仿真计算得到 的北斗四颗卫星的伪距标准值分别为/4(0, P〗,(〇,义,(〇, 伪距率标准值分别为 /4(0，/4(0，/?,")，/?·)，其中 i = 1··· η ; 经纬高转换直角坐标计算公式如下： 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为卯酉圈曲率半径； 由设定仿真轨迹中载体的位置和卫星的位置计算得到北斗的伪距标准值，计算公式如 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))' ^ 由仿真设定的北斗采样时间△ t和计算得到北斗的伪距标准值得到伪距率标准值，计 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? 由计算得到的伪距标准值、伪距率标准值，给定伪距误差值、伪距率误差值以及提取 的北斗四颗卫星的伪距噪声、伪距率噪声，得到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数 据； 用于组合导航半实物仿真的伪距<(〇, ρ〗/(0，/<(0，/>】/(0计算式如下： = +uv，(·) Pm (0 = Av,(〇 + dl" + H7-(') (i = I. . . η)； /4(>) = /4(>) + ?>λ+ ην，(〇 ^/(1) = ^(1) + ^ + ^(0 用于组合导航半实物仿真的伪距率/4 (0, /? (〇，/^(〇, /力⑴计算公式如下： /?, (1XU) +汾," + u;，(i) Pm (') = ) + ^1lll + νι；Λ(') (i = I. · · η)。 Α^') = Α?,(·) + ^? + 1ι/,(·) Al (0 = /^(0+^,,, + ^(')
【专利摘要】一种用于组合导航半实物仿真的北斗数据建模方法，有六大步骤：一、将惯导/北斗组合系统安装到载体上并上电启动；二、装订初始参数至导航计算机；三、载体静止，惯导进行5分钟静态初始对准；四、载体运动，惯导导航计算，采集并保存运动后50秒内惯导输出载体位置以及北斗接收机输出伪距值、伪距率值、卫星位置数据；五、由采集的卫星和载体位置计算得到伪距参考值、伪距率参考值，并分别与北斗接收机输出的伪距值、伪距率值作差，得到北斗伪距噪声和伪距率噪声；六、设定仿真轨迹，计算得到北斗的伪距、伪距率标准值，给定伪距、伪距率误差值，将以上数据与伪距噪声、伪距率噪声进行数据融合，得到用于组合导航半实物仿真的伪距、伪距率数据。
【IPC分类】G01S19-47
【公开号】CN104656111
【申请号】CN201410538352
【发明人】张小跃, 宋凝芳, 易晓静, 时海涛, 潘建业, 刘鹏博
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年10月13日