关于极区惯导解算与初始对准| 武元新
On inertial navigation and attitude initialization in polar areas
Yuanxin Wu* , Chao He, Gang Liu
Satellite Navigation(2020)1: 4
引用文章:
Yuanxin Wu, Yuanxin Wu, and Gang Liu (2020), On inertial navigation and attitude initialization in polar areas, Satellite Navigation, 1(1), 4, doi: 10.1186/s43020-019-0002-4.
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Editorial Summary
No complex inertial navigation mechanization is needed for polar navigation
Inertial navigation and attitude initialization in polar areas have attracted considerable attention in recent years in the navigation community, because the widely used navigation mechanization of the local-levelframe encounters the inherent singularity at two poles. A significant amount of effort has been devoted to devising novel navigation mechanizations, including the grid or transversal frames. The researchers want to highlight the fact that the common Earth-frame mechanization is sufficient to handle the singularity problem in polar areas.
本文亮点
明确指出地球坐标系编排下的惯导系统具备极区正常工作能力，可进行常规的惯导解算与外界信息辅助下的初始对。
通过解析轨迹下的对比仿真，展示了地理坐标系编排和地球坐标系编排分别在非极区、极区的表现。
分析指出了地球坐标系编排下的极区惯导初始对准可行性。
内容简介
民航航线需要穿越极区飞行，要求其导航系统具备极区对准与导航能力。极区面临因高低角小引起的对流层延迟、频繁的电离层闪烁等问题，但通过采用更精确的对流层延迟模型以及双频消电离层组合，GNSS系统在极区仍然具备正常的导航定位和授时能力。但是，由于极区的重力方向与地球旋转方向接近重合，惯导系统的自对准功能基本失效，当前惯导系统常用的当地地理坐标系编排出现奇异，替代的游动方位坐标系也失去了北向和经度跟踪能力。
对近年来，国内多个研究团队提出采用复杂的格网坐标系或横坐标系来支持惯导的极区应用。来自上海交通大学与西安飞行自动控制研究所的联合团队，指出常规地球坐标系编排下的惯导系统完全具备极区正常工作的能力。地球坐标系常用于惯导/GNSS组合导航系统，但少用于纯惯导系统。
I.地理系编排与地球系编排在非极区的表现.
飞行轨迹：从（齐齐哈尔附近）东经120度，北纬50度，10000米高度出发，以速度2000米/秒沿着经度线向南匀速平飞1小时，穿过赤道，抵达南纬15度。在非极区区域，两种编排的位置误差20~60m，精度相当。
II.地理系编排与地球系编排在极区的表现.
飞行轨迹：同样从（齐齐哈尔附近）东经120度，北纬50度，10000米高度出发，以速度2000米/秒沿着经度线向北匀速平飞1.5小时，穿过北极区域及北极点，抵达西经60度，北纬33度。因极区纬度接近90度，地理坐标系出现原理性奇异，定位误差急剧增大，而地球坐标系编排工作正常，定位精度与非极区相当。
III.地球坐标系编排以及导航信息在地理坐标系中的显示.
作者简介
武元新 教授
上海交通大学
▍通讯作者简介本文通讯作者是上海交通大学信息技术与电气工程研究院感知与导航研究所教授。主要从事惯性基导航、惯性视觉信息融合、穿戴式运动测量等方向研究。科技委基础加强计划项目负责人，国家基金委优青，Elsevier中国高被引学者，德国导航协会DGON ISS会议常任委员，IEEE T-AES，Journal of Navigation及Satellite Navigation编委，IEEE AESS Distinguished Lecturer，惯导领域三大国际顶会（德ISS/俄ICINS/美PLANS）分会主席，中国自动化学会导航制导与控制专委会委员，中国图像图形学会视觉认知与计算专委会，获教育部自然科学奖两项。
撰稿：武元新 贺超 刘刚
编辑：《卫星导航（英文）》编辑部
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