[發明專利]一種船用慣性導航系統搖擺基座開環對準方法

有效

• 申請號: 201010608986.2
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102168978A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 徐燁烽;李魁;劉芳;張璐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種準確、快速、穩定可靠、易于實現的船用慣性導航系統搖擺基座開環對準方法，該方法同樣也可用于其它應用場合慣性慣導系統的靜基座及搖擺基座初始對準，屬于慣性導航領域。

技術背景

慣性導航系統具有全自主、高隱蔽性、高帶寬、連續輸出等特點，在國防上具有戰略意義，是航空、航天、航海等領域中最重要的設備之一。

初始對準是在慣導進入導航狀態前確定其初始狀態的過程，初始狀態包括初始速度、位置、姿態和陀螺漂移。初始對準的誤差在整個導航過程中會影響系統的導航性能，其水平是影響慣性導航精度最為主要的因素之一。艦船等應用環境一般需要慣導系統能夠在基座搖擺的條件下實現高精度對準，因此必須要求在慣導系統內部建立起隔離載體運動的數學/物理平臺。傳統的對準辦法需要慣導處于導航狀態，根據位置誤差和速度誤差反推平臺偏角及陀螺漂移。利用這種方法需要較長的對準時間，且誤差模型本身對線性近似較敏感。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種船用慣性導航系統搖擺基座開環對準方法，具有準確、快速、穩定可靠、易于實現等特點。

本發明的技術解決方案是：一種船用慣性導航系統搖擺基座開環對準方法，實現步驟如下：

(1)輸入初始緯度，根據初始緯度計算當地地球自轉角速度；

(2)利用粗對準得到的姿態矩陣計算地球自轉角速度在載體坐標系上的投影，并將載體坐標系上地球自轉角速度的投影從陀螺儀輸出中扣除，得到載體的相對運動角速度；

(3)根據步驟(2)中得到的載體相對運動角速度更新四元數及載體姿態矩陣和姿態；

(4)根據步驟(3)中得到載體姿態矩陣將機體坐標系加速度計的輸出轉換到數學平臺坐標系下，得到數學平臺坐標系下載體的東向及北向加速度；

(5)根據步驟(4)得到的數學平臺坐標系下載體的東向及北向加速度，計算東向、北向數學平臺偏角；

(6)根據步驟(5)得到的東向、北向數學平臺偏角作為量測量，對東向北向數學平臺偏角誤差方程進行最小二乘擬合，得到平臺坐標系下的等效陀螺漂移；

(7)根據步驟(6)得到的平臺坐標系下的等效陀螺漂移計算轉導航時刻的數學平臺偏角并進行補償，利用(3)中計算的載體姿態矩陣，將步驟(6)擬合得到的平臺坐標系下的等效陀螺漂移轉換到載體坐標系下并進行補償。

本發明的原理是：通過建立運動隔離平臺，將載體的運動角速度從陀螺輸出中扣除，將載體姿態角引起的重力加速度投影從加速度計輸出中扣除，從而得到隔離載體運動后的平臺坐標系下的加速度及偏角量測；推導此種解算條件下慣導系統誤差模型，對偏角量測進行擬合，從而估計出陀螺漂移的平均值和初始平臺偏角。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)傳統的船用慣導系統搖擺基座條件下初始對準時需要慣導處于導航狀態，利用導航位置和速度誤差反推平臺偏角和陀螺漂移，因此誤差傳遞過程時間較長，且模型對非線性誤差較敏感。本發明利用初始時刻輸入的位置作為整個對準過程中的載體位置，艦船搖擺情況下，視其速度為零，在此條件下進行姿態更新，并構建隔離平臺，計算平臺坐標系下的加速度和平臺偏角。推導在以上解算條件下慣導的誤差方程，并以平臺偏角為量測量，利用最小二乘法估計對準過程中的平均漂移及平臺偏角，在轉導航時刻予以修正。與傳統方法相比，這種方法減少了速度更新和位置更新兩個環節，可以極大縮短對準時間和提高對準精度。本發明所指的慣性導航系統搖擺基座開環對準方法具有準確、快速、穩定可靠、易于實現等優點。

(2)本發明的對準方法不更新慣導位置和速度，減少了對準量測計算過程，且對非線性誤差不敏感；同時還適用于靜基座及車載等其它應用環境的慣導系統初始對準，具有一定的通用性。

附圖說明

圖1為本發明所指的新對準方法流程示意圖；

圖2為本發明實施例中動基座對準等效北向陀螺漂移估計曲線；

圖3為本發明實施例中動基座對準等效天向陀螺漂移估計曲線；

圖4為本發明實施例中動基座對準初始方位平臺偏角估計曲線；

圖5為本發明實施例中對準結束后202小時導航東向位置誤差曲線；

圖6為本發明實施例中對準結束后202小時導航北向位置誤差曲線。

具體實施方式

下面以某型激光陀螺慣性導航系統海上試驗系泊狀態下初始對準過程為例來闡述本發明的具體實施過程。

圖1為發明所提的新對準方法流程圖，具體過程如下：

1、輸入初始緯度，根據初始緯度計算當地地球自轉角速度；