[發(fā)明專利]一種單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)及其專用誤差自補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310177218.X
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN103292809A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高延濱;管練武;曾建輝;王庭軍;劉施菲;何昆鵬;王福超;郭凱文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)專用的誤差補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種完全自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，因其完全依靠自身的信息就可以實(shí)現(xiàn)所需要的所有導(dǎo)航信息，高隱秘性和可靠性決定了其在軍事上舉足輕重的地位。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由慣性器件陀螺儀和加速度計(jì)組成，慣性器件的精度決定了整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。而慣性器件的誤差一般分為常值漂移誤差和隨機(jī)漂移誤差兩部分，通常情況下，慣性器件的誤差都會(huì)隨著時(shí)間逐漸變化，在每次啟動(dòng)慣導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)，它們都與上一次有一定的不同，這對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)航系統(tǒng)精度會(huì)有很大的影響。特別是對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間工作的慣導(dǎo)系統(tǒng)，慣性器件的誤差會(huì)引起慣導(dǎo)系統(tǒng)隨時(shí)間累積的定位誤差以及一定程度的姿態(tài)發(fā)散誤差,因此，它們是影響慣導(dǎo)系統(tǒng)性能的主要因素。

然而慣性器件的常值漂移誤差和慢變隨機(jī)漂移誤差是可以進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)模D(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)就是一種有效地補(bǔ)償慣性器件常值漂移誤差和慢變漂移誤差的技術(shù)。該技術(shù)通過對(duì)慣性測(cè)量單元(Inertial?measurement?unit,IMU）以一定方式的旋轉(zhuǎn)來達(dá)到補(bǔ)償慣性器件的常值漂移誤差和慢變漂移誤差目的，通過對(duì)慣性器件誤差的有效補(bǔ)償降低其對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)精度的影響。目前，美國(guó)利用該技術(shù)已成功研制了MK39MOD3C、MK49和AN/WSN-7等高精度單軸和雙軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，批量裝備于美國(guó)和北約海軍的多艘艦艇和戰(zhàn)艦中，并取得了很好的應(yīng)用效果。

單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制能夠有效補(bǔ)償與轉(zhuǎn)軸垂直方向上慣性器件的常值漂移誤差和慢變隨機(jī)漂移誤差，但是不能補(bǔ)償與旋轉(zhuǎn)軸平行方向上的常值漂移誤差和慢變隨機(jī)漂移誤差。如果要想消除所有方向上的漂移誤差，從改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度上來說，可以采用雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制或三軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制的方式來實(shí)現(xiàn)，但這樣會(huì)急劇增加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本，況且這樣要實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)位方案控制的效果在工程應(yīng)用上還有很多難題需要解決。因此，為了在現(xiàn)有的單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方式的基礎(chǔ)上既不改變系統(tǒng)的調(diào)制方式又能完全補(bǔ)償?shù)羲休S上的慣性器件常值漂移誤差和慢變漂移誤差，從現(xiàn)有的單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)IMU在轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上的安裝角度配置方案角度出發(fā)，通過運(yùn)用合理的角度配置方案并結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)控制方案來消除所有方向的漂移誤差是目前應(yīng)該著重考慮的方向。

目前在核心期刊與專利查詢中均未發(fā)現(xiàn)與此發(fā)明類似的方法介紹。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種減少系統(tǒng)成本的單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還在于提供一種簡(jiǎn)化結(jié)算步驟的單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)專用誤差自補(bǔ)償方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)慣性測(cè)量單元，單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)慣性測(cè)量單元安裝在慣性測(cè)量單元安裝平面上，慣性測(cè)量單元安裝平面與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)連接在一起，單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)慣性測(cè)量單元的坐標(biāo)軸x_s軸、y_s軸、z_s軸兩兩相互垂直，其中z_s軸垂直于慣性測(cè)量單元安裝面，慣性測(cè)量單元安裝平面可沿x_s軸或y_s軸傾斜，每條坐標(biāo)軸上都安裝有陀螺儀和加速度計(jì)。

單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的專用誤差自補(bǔ)償方法，包括如下步驟：

（1）系統(tǒng)初始化，在靜態(tài)條件下進(jìn)行導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)；

（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，從零轉(zhuǎn)速達(dá)到恒定的運(yùn)行角速度；

（3）轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)傾角調(diào)節(jié)進(jìn)行誤差調(diào)制；

（4）采集陀螺儀和加速度計(jì)輸出的運(yùn)載體三個(gè)正交方向上相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度和加速度輸出信號(hào)，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行從慣性坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的變換，采用常規(guī)的導(dǎo)航解算算法進(jìn)行導(dǎo)航解算，得到運(yùn)載體實(shí)時(shí)導(dǎo)航信息；

（5）將導(dǎo)航信息與GPS的輸出信息進(jìn)行作差值計(jì)算，得到定位誤差值的大??；

（6）根據(jù)計(jì)算出的定位誤差，慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差是否達(dá)到系統(tǒng)要求的最小值，若達(dá)到了系統(tǒng)要求，則執(zhí)行步驟（4）和步驟（5）直到使定位誤差值達(dá)到最??；若未達(dá)到系統(tǒng)要求，則執(zhí)行步驟（3），調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，改變慣性測(cè)量單元安裝平面傾角，執(zhí)行步驟（4）和步驟（5）直到使定位誤差值達(dá)到最小。

導(dǎo)航信息包括姿態(tài)信息和定位信息。

本發(fā)明的有益效果在于：