本發(fā)明涉及一種組合導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種基于姿態(tài)耦合的捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器組合導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(SINS)是一種能夠?qū)崟r輸出載體速度、姿態(tài)、位置信息的全自主導(dǎo)航系統(tǒng)，由于SINS導(dǎo)航過程不需要對外發(fā)射任何無線電信號，又不受外界環(huán)境條件等影響，因此受到各領(lǐng)域的青睞，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海等領(lǐng)域。SINS主要是利用陀螺儀和加速度計實時測量載體運(yùn)動的角速度和線速度信息，經(jīng)導(dǎo)航解算后得到導(dǎo)航信息。然而，慣性組件測量誤差、初始對準(zhǔn)誤差等因素導(dǎo)致系統(tǒng)解算導(dǎo)航誤差隨導(dǎo)航時間增長而逐漸發(fā)散，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度，嚴(yán)重制約了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的長時間導(dǎo)航能力。為解決上述問題，常采用其它導(dǎo)航設(shè)備與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，組成以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主體的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，SINS和全球定位系統(tǒng)(GPS)的組合技術(shù)相對成熟，但是由于美國國家政策限制各國對GPS的使用，使得戰(zhàn)時需求受限。雖然我國已自主研發(fā)了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，但基于慣性/北斗的組合導(dǎo)航仍然存在導(dǎo)航過程中需要收發(fā)無線電信號的問題，導(dǎo)致該類組合技術(shù)應(yīng)用受限。因此，對自主性強(qiáng)的天文導(dǎo)航技術(shù)，尤其是與天文導(dǎo)航有關(guān)的組合導(dǎo)航技術(shù)研究成為現(xiàn)代軍事導(dǎo)航領(lǐng)域的主要趨勢和熱點。星敏感器作為目前精度最高的姿態(tài)敏感儀器，測量精度可達(dá)到角秒級，具有自主性強(qiáng)、無姿態(tài)積累誤差、視場不受限制、抗干擾性強(qiáng)，隱蔽性好等優(yōu)點。本發(fā)明提出星敏感器和捷聯(lián)慣導(dǎo)的組合導(dǎo)航方案，使導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和實時性得到大幅度提高。目前，基于捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器的相對成熟的組合方法是，星敏感器利用捷聯(lián)慣導(dǎo)提供的水平姿態(tài)信息解算出載體相對地理系的位置與航向，然后對慣導(dǎo)的輸出進(jìn)行校正。這種組合方法能很好地抑制慣導(dǎo)誤差隨時間的發(fā)散，但其導(dǎo)航精度卻受到慣導(dǎo)提供的水平姿態(tài)精度的制約，也就是說，這種組合方法的導(dǎo)航精度要受到捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差的影響，限制了該組合方法的應(yīng)用范圍。除此之外，星敏感器直接測量輸出相對于慣性系的姿態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)導(dǎo)航系選取當(dāng)?shù)氐乩硐禃r，該信息無法直接使用?！稖y繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報》2009年26卷第2期由楊生等人撰寫的《基于慣導(dǎo)/天文高精度定姿方法》，利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與天文導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行組合定姿，采用卡爾曼濾波技術(shù)設(shè)計了慣導(dǎo)/天文組合定姿算法，但是該文獻(xiàn)主要針對飛行器提出了定姿方法，并沒有定位方法，不滿足低速航行的艦船的導(dǎo)航需求；公告號為103076015的中國發(fā)明專利在2013年5月1日公開的《一種基于全面最優(yōu)校正的SINS/CNS組合導(dǎo)航系統(tǒng)及其導(dǎo)航方法》，該發(fā)明解決了天文導(dǎo)航系統(tǒng)高精度自主地平的問題，充分利用天文導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和姿態(tài)信息，對SINS誤差進(jìn)行全面最優(yōu)校正，但是該發(fā)明利用星光折射間接敏感地平的解析天文定位方法得到位置信息和地平信息，再利用慣性姿態(tài)信息得到載體的姿態(tài)信息，計算過程復(fù)雜繁瑣，適用范圍?。弧稖y繪工程》2013年22卷第4期由黃志遠(yuǎn)等人撰寫的《CNS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)仿真分析》，以彈道導(dǎo)彈為研究對象建立了CNS/SINS組合導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計濾波算法驗證組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性，但是該文獻(xiàn)并沒有對CNS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合方式進(jìn)行闡述。以上文獻(xiàn)都提出了天文和捷聯(lián)慣導(dǎo)組合的導(dǎo)航方案，但卻都沒有給出以當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系時，星敏感器直接輸出相對慣性系信息與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供相對地理系導(dǎo)航信息的組合方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)定姿、定速、定位精度的基于姿態(tài)耦合的星敏感器/捷聯(lián)慣導(dǎo)組合導(dǎo)航方法。一種基于姿態(tài)耦合的捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器組合導(dǎo)航方法，包括：(1)采集捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出帶有位置誤差的地球坐標(biāo)系相對地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣其中，e表示地球坐標(biāo)系，原點位于地球質(zhì)心，z軸指向地球自轉(zhuǎn)方向，x指向春分點方向，y軸與其它兩軸構(gòu)成右手螺旋定則；n′表示捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)計算導(dǎo)航坐標(biāo)系；表示地球坐標(biāo)系相對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)計算地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；sin為三角函數(shù)中的正弦函數(shù)，cos為三角函數(shù)中的余弦函數(shù)；λs＝λ+δλs為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算經(jīng)度，λ為載體所在位置地理經(jīng)度，δλs為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算經(jīng)度誤差；為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算緯度，為載體所在位置地理緯度，為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算緯度誤差；(2)星敏感器直接輸出相對于慣性空間的姿態(tài)矩陣得到載體坐標(biāo)系相對地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣其中，b表示載體坐標(biāo)系，原點位于載體質(zhì)心，z軸垂直于載體甲板平面，y軸指向載體艏向；x軸與其余兩軸構(gòu)成右手螺旋定則；表示載體系到地球系的轉(zhuǎn)換矩陣；表示載體系到慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣，由星敏感器提供，cbeij(i,j＝1,2,3)表示中第i行第j列矩陣元素；表示慣性系到地球系的轉(zhuǎn)換矩陣，與地球轉(zhuǎn)速和導(dǎo)航時間有關(guān)，借助外部時間信息可得到該矩陣：其中，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度，t是世界標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)提供的具體時間，k是初始位置經(jīng)度與春分...