圆锥误差和划船误差补偿算法的前后端接口规约
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简介：
本研究探讨了圆锥误差与划船误差补偿算法的设计，并制定了其在软件系统中实现所需的前后端接口标准，以提升算法的实际应用效果。
2.2 地球模型
通常给出的地球椭球模型参数包括长半轴 \(e_R\) 和扁率 \(f\)。从这些基本参数出发，可以推导出其他相关几何参数，在惯性导航算法中经常使用到的是偏心率 \(\sqrt{1-f^2}\)、短半轴 \(R_e(1 - f)\)、第二偏心率 \(\frac{\sqrt{(1 - f)^2 + e^2}}{e_R}\)，以及子午圈和卯酉圈的曲率半径，分别表示为：
\[
L_M = \left[\left(e^{-2} - 1\right)(\sin L)^{-3}\right]^{0.5}
\]
\[
L_N = \left[(e^2 - 1) (\sin L)^{-1}\right]^{0.5}
\]
另外，重力加速度 \(g\) 和地球自转角速率 \(\omega_e\) 是惯性导航系统计算中必不可少的参数。在GRS80椭球模型下，正常重力公式为：
\[
g_L = g_0 + 3.086 \times 10^{-5} (2718.2 - h) - 5.2794 \times 10^{-3}(h/10)^{2}
\]
其中 \(g_0\) 等于 \(9.78032677\) m/s^2，\(h\) 表示海拔高度。地球自转角速率 \(\omega_e = -7.292115 × 10^{-5}\) rad/s。
在导航坐标系中，地球自转角速度矢量投影为 \(n_i\omega_e\)，惯性导航系统中的速度导致的坐标旋转速度为 \(n_en\omega\)。这些参数之间的关系可以表示如下：
\[
[n_{ie}]^T = [\sin(\phi) \cos(L), \sin(\phi)\sin(L), -\cos(\phi)]
\]
\[
[n_e]_N[v_N + v_E(h/R)]^T
\]
同时，考虑到地球自转角速度矢量和惯性导航系统中的旋转速度之间的关系：
\[
n_{en}\omega = n_i \omega + n_n \omega
\]
2.3 圆锥误差与划船误差补偿算法
假设陀螺仪和加速度计均为等周期采样（采样周期 \(h\)），圆锥误差与划船误差的补偿周期为\(T\)，并且有 \(hn = T\)。令在第m个补偿周期中，陀螺角增量和加速度计比力速度增量分别为 \(\Delta\theta_i^m\) 和 \(\Delta v_i^m (i=1,2,...n)\) ，则整个采样周期中的总角增量为 \(\sum_{i=1}^{n}\Delta\theta_i^m = \Theta_m\)，比力速度增量的总和为 \(\sum_{i=1}^{n}\Delta v_i^m = V_m\)。考虑圆锥误差补偿后的等效旋转矢量计算公式如下：
\[
\Phi_k = [\Delta\theta]^T + K[\Delta\theta] \times [K][\Theta]
\]
其中，第二项是用于修正的圆锥误差，系数 \(k_i\) 的选择见表 1。
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