[發明專利]一種光纖捷聯羅經系統的對準方法

有效

• 申請號: 201110225420.6
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102305635A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 程向紅;周本川;王宇;邵劉軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種光纖捷聯羅經系統的對準方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1定義坐標系：光纖捷聯羅經系統以東北天坐標系為導航坐標系n系；載體坐標系b系以載體中心為原點，x軸沿橫軸指向右，y軸沿縱軸指向前，z軸垂直載體指向上；經線地球坐標系e系以地球中心為原點，x、y軸在地球赤道平面內，x軸指向載體所在點經線，z軸指向地球自轉軸方向；經線地心慣性坐標系i系定義為在粗對準起始時刻將地球坐標系慣性凝固成的右手坐標系；載體慣性坐標系i_b0系定義為在粗對準起始時刻將載體坐標系慣性凝固后的坐標系，

步驟2光纖捷聯羅經系統開機預熱后采集慣性測量組件的輸出數據，包括三只光纖陀螺儀的輸出數據和三只石英加速度計的輸出數據f^b，

步驟3根據和f^b，以及地球自轉角速率ω_ie、重力加速度g、緯度L等信息，應用基于并行雙積分重力矢量信息的粗對準算法，完成光纖捷聯羅經系統的粗對準，得到初始的姿態矩陣

在不同起始時刻并行運行r個基于雙積分重力矢量的姿態矩陣計算過程，在最后同一時刻獲得r個姿態矩陣值，對r個姿態矩陣值進行融合以提高粗對準結果的可靠性，并通過所述的初始姿態矩陣提取載體的方位角H、縱搖角P和橫搖角R以完成粗對準，所述的初始姿態矩陣為

Cnc(t)=1rΣi=1r[C~nb(t)]i,]]>i＝1，2，…，r

其中，為r個并行運算中的第i個中間姿態矩陣進行正交化處理的結果，即：

C~nb(t)=Cnb(t)[(Cnb(t))TCnb(t)]-1/2]]>

其中，為中間姿態矩陣，并且，Cnb(t)=Cibob(t)·C~iibo·Cei(t)·Cne]]>

步驟3.1計算導航坐標系與經線地球坐標系之間的轉移矩陣

Cne=0-sinLcosL1000cosLsinL]]>

步驟3.2計算經線地球坐標系與慣性坐標系之間的轉移矩陣

Cei(t)=cos(ωiet)-sin(ωiet)0sin(ωiet)cos(ωiet)0001]]>

步驟3.3計算載體慣性坐標系與載體坐標系之間的轉移矩陣在起始時刻，慣性坐標系與載體坐標系重合，即的初值為單位陣，根據陀螺儀輸出通過四元數方法求解

步驟3.4計算慣性坐標系與載體慣性坐標系之間的轉移矩陣

C~iibo=1t3-t2∫t2t3Ciibo(τ)dτ]]>

=1t3-t2∫t2t3[Vib0(t1)]T[Vib0(τ)]T[Vib0(t1)×Vib0(τ)]T-1[Vi(t1)]T[Vi(τ)]T[Vi(t1)×Vi(τ)]Tdτ]]>

式中，Vi(t)=gcosLsin(ωiet)ωiegcosL[1-cos(ωiet)]ωiegsinL·t;]]>

Vib0(t)=∫0tfib0(τ)dτ=∫0t[Cbib0(τ)fb(τ)]dτ=∫0t[(Cib0b(τ))Tfb(τ)]dτ,]]>

步驟4建立以失準角為系統狀態，以比力信息為系統量測的光纖捷聯羅經系統精對準的卡爾曼濾波模型，

以三個失準角構造系統狀態，以比力信息構造系統量測，得到濾波模型：

X·(t)=F(t)X(t)+W(t)]]>

Y(t)＝H(t)X(t)+V(t)

系統狀態向量為X＝[φ_e，φ_n，φ_u]^T，系統矩陣F(t)為：

F(t)=0ωiesinL-ωiecosL-ωiesinL00ωiesinL00]]>

系泊情況下，忽略晃動引起的干擾加速度，導航坐標系下的東向比力和北向比力為零，則加速度計的輸出在導航坐標系下投影的水平分量即為與失準角耦合信息，系統量測Y為：

Y=Σi=kk+N(f~e)iNΣi=kk+N(f~n)iN]]>

其中，和為加速度計在導航坐標系下的投影，N為濾波周期的采樣次數，量測矩陣H(t)為：

H(t)=0g0-g00]]>

式中，g為當地的重力加速度值，g＝9.8m/s²，

對濾波模型進行離散化處理，即得到離散卡爾曼濾波模型，

步驟5利用步驟(4)濾波估計的失準角φ_e、φ_n、φ_u閉環修正姿態矩陣獲得新的姿態矩陣然后通過提取方位角H、縱搖角P和橫搖角R，并完成光纖捷聯羅經系統的初始對準，

Cnb=1φu-φn-φu1φeφn-φe1·Cnc.]]>