[發明專利]基于旋轉機構的光纖捷聯慣性導航系統初始姿態確定方法

無效

• 申請號: 200910072081.5
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101571394A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 孫楓;孫偉;張鑫;高偉;奔粵陽;柴永利;王根;趙彥雷;王昱丹;李國強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/18;G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種測量方法，尤其涉及的是一種基于旋轉機構的光纖捷聯慣性導航系統初始姿態確定方法。

(二)背景技術

捷聯慣性導航系統(SINS)是將陀螺儀、加速度計等慣性元件固連在載體上，根據牛頓力學定律，通過對這些慣性元件采集的信息進行處理，得到載體的姿態、速度、位置、加速度、角速度和角加速度等全導航信息的完全自主導航設備。由于其具有重量輕、可靠性高、便于維護、全天候和完全自主等優點得到越來越廣泛的應用。

標定技術本質上是一種誤差補償技術。所謂誤差補償技術就是建立慣性元件的誤差數學模型，通過一定的試驗來確定模型系數，進而通過軟件算法來消除誤差。目前慣性元件的標定技術已經比較成熟，系統標定指從慣導系統精度出發，考慮到由慣性元件構成慣導系統時安裝軸向不垂直以及載體運動環境的復雜惡劣性等因素的影響，建立慣性元件的誤差數學模型，最后實現誤差補償的過程。系統級標定則利用陀螺儀和加速度計的輸出進行導航解算，以導航誤差作為觀測量來標定系統的誤差參數。

根據SINS的基本原理，SINS在進入導航狀態前需要獲得初始信息，包括初始位置、速度和姿態。其中初始姿態的精度就是SINS進入導航狀態時的初始對準精度，因此在捷聯系統進入導航狀態前必須首先完成初始姿態的確定。

按照基座的運動狀態的不同可以將初始對準分為靜基座對準和動基座對準。其中靜基座對準是指在載體靜止的情況下，捷聯慣導系統進行初始對準。其對準方法主要包括解析法、羅經回路法、方位估算法等。所謂動基座對準是指在載體機動和外界擾動的條件下，捷聯系統完成初始對準。動基座對準經常采用外部信息對系統自身的狀態變量進行估計，并在濾波穩定后進行姿態修正。

由于靜基座下進行以速度為觀測量的組合對準，系統可觀測度不高，尤其是地理坐標系下的東向陀螺漂移不可觀測，導致了方位失準角的可觀測度難以提高，達不到提高姿態精度的目的，也不能在初始姿態計算的同時實現對陀螺儀的標定。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種使用兩次對準技術并利用旋轉機構對光纖陀螺偏差進行在線標定后并補償，從而得到更加精確的初始姿態的基于旋轉機構的光纖捷聯慣性導航系統初始姿態確定方法。

本發明的目的是這樣實現的：

包括如下步驟：

(1)對捷聯慣導系統進行預熱準備；

(2)通過全球定位系統GPS確定載體的初始位置參數，將它們裝訂至導航計算機中；

(3)采集光纖陀螺儀和石英加速度計輸出的數據并對數據進行處理，采用解析法完成系統的粗對準，初步確定載體的姿態；

(4)粗對準結束后進入精對準階段，采用卡爾曼濾波技術估計出載體的方位失準角，確定當地北向；

(5)建立光纖陀螺誤差模型，對誤差模型進行分析，找出待求誤差系數；

(6)保持慣性測量單元(IMU)在第一位置上不動，采用卡爾曼濾波技術估計出導航坐標系上北向光纖陀螺陀螺漂移ε₁；

(7)慣性測量單元順時針轉動90度后，固定在第二位置，采用卡爾曼濾波技術估計出導航坐標系上南向光纖陀螺陀螺漂移ε₂；

(8)利用步驟(6)、(7)獲得的陀螺漂移ε₁、ε₂得到慣性測量單元坐標系上光纖陀螺漂移ε_x、ε_y，

ϵx=ϵ2ϵy=ϵ1;]]>

(9)將步驟(8)獲得的光纖陀螺漂移帶入到陀螺誤差模型補償中，對陀螺誤差進行修正，剔除各項誤差得到精確的輸出值；

(10)對誤差補償后的系統采用卡爾曼濾波方法進行初始對準，確定出系統的初始捷聯矩陣，計算出載體初始時刻的姿態。