[發明專利]一種用于天線跟蹤穩定平臺的捷聯慣導初始對準方法

有效

• 申請號: 201310569032.9
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103557876A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 張華強;許敬;李東興
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于天線跟蹤穩定平臺的捷聯慣導初始對準方法，其特征在于：該方法的實現包括以下步驟：

步驟一、將捷聯慣導安裝到天線座旋轉底盤上，捷聯慣導到天線座底盤旋轉中心的距離為r；

步驟二、利用全球定位系統GPS確定載體所在位置的經度λ、緯度L；

步驟三、根據所確定的經度、緯度信息以及慣導系統慣性器件的輸出進行粗對準，得到慣性測量單元姿態矩陣的近似估計值；

步驟四、啟動天線座底盤按照逆時針方向旋轉，旋轉角速率記為ω，并控制天線座底盤旋轉整數圈，旋轉圈數記為n；

步驟五、按照步驟三所確定的旋轉方案旋轉的同時，利用粗對準得到的姿態矩陣、慣性測量單元中陀螺實時輸出的角速度信息和加速度計實時輸出的比力信息，以更新慣性測量單元的姿態矩陣；

步驟六、通過卡爾曼濾波完成捷聯慣導轉動基座對準，具體步驟如下：

轉動基座捷聯慣導誤差建模

首先，建立旋轉捷聯慣導系統的平臺誤差角方程，旋轉捷聯慣導從慣性測量單元中獲取角速度和比力信息，經過可實現慣性器件敏感系s到載體坐標系b的轉換，轉換后的捷聯解算流程與常規的捷聯慣導系統是一致的，因此，其平臺誤差角方程形式仍為：

式中，為失準角矢量，為地球自轉角速率在導航坐標系下的投影，為導航坐標系相對于地球坐標系在導航坐標系下的投影，為陀螺等效到導航坐標系下的誤差；

其次，建立旋轉捷聯慣導系統的速度誤差方程，由比力方程可得速度誤差方程為：

式中，為載體在導航坐標系下的速度，為加速度計輸出的比力；

最后，建立旋轉捷聯慣導系統的位置誤差方程，慣導系統位置誤差方程為：

式中，和分別為東向和北向速度誤差，和分別為東向和北向速度，為地球子午圈主曲率半徑，為地球卯酉圈主曲率半徑，為高度，為載體所在地球緯度；

對于旋轉基座捷聯慣導系統初始對準來講，可以不考慮軸方向的加速度和速度，即可以認為，，同時捷聯慣導系統本身不存在相對于地球的線速度，因此可以略去以上慣導系統誤差方程中的有關項，可得旋轉基座捷聯慣導初始對準系統的誤差方程如下：

捷聯慣導平臺誤差角簡化方程：

捷聯慣導速度誤差簡化方程：

捷聯慣導位置誤差簡化方程：

式中，、和分別為東向、北向和天向平臺失準角，為地球自轉角速率，、、等效為導航坐標系東北天方向陀螺的誤差；

慣性器件隨機誤差在導航坐標系以及慣性器件敏感坐標系之間的關系如下：、，其中，和分別為陀螺和加速度計在導航坐標系下的隨機誤差，為載體坐標系到導航坐標系的轉換矩陣，為慣性器件敏感系到載體坐標系的轉換矩陣，和分別為陀螺和加速度計在慣性器件敏感坐標系下的隨機誤差；

卡爾曼濾波器狀態方程與觀測方程的建立

捷聯慣導在初始對準時，移動載體相對于地理坐標系是靜止的，由于地理位置信息精確已知，因此可以忽略誤差模型中的位置誤差；同時考慮到慣導系統的垂直通道不穩定，因此初始對準狀態方程中只采用速度誤差和加速度誤差的水平分量作為狀態量，此時系統狀態變量的維數可降為10維，慣導系統在導航坐標系下的初始對準誤差模型為：

式中，為系統的狀態向量，為狀態轉移矩陣，為系統噪聲向量；將這些參數寫成矩陣形式如下：

式中，和分別為東向和北向速度誤差，、和分別為東向、北向和天向平臺失準角，和分別為軸和軸加速度計偏置，、和分別為軸、軸和軸陀螺常值漂移，，，為姿態矩陣元素，即；

取和作為卡爾曼濾波器的觀測量時，系統觀測方程為：

式中，為系統觀測向量，為觀測矩陣，為觀測噪聲，服從分布，為觀測噪聲協方差陣；

將所求得的狀態方程和觀測方程進行卡爾曼濾波，估計出姿態角的誤差和慣性器件的零偏，即可完成初始對準。

2.根據權利要求1所述的一種用于天線跟蹤穩定平臺的捷聯慣導轉動基座初始對準方法，其特征在于：步驟一中，將捷聯慣導安裝到天線座旋轉底盤上，捷聯慣導到天線座底盤旋轉中心的距離取為；捷聯慣導的安裝方向為捷聯慣導的軸、軸和軸分別指向載體的右方、前方和上方。

3.根據權利要求1所述的一種用于天線跟蹤穩定平臺的捷聯慣導轉動基座初始對準方法，其特征在于：步驟三中，粗對準的方法采用解析式粗對準方法。

4.根據權利要求1所述的一種用于天線跟蹤穩定平臺的捷聯慣導轉動基座初始對準方法，其特征在于：步驟四中，啟動天線座底盤按照逆時針方向旋轉，旋轉角速率取，并控制天線座底盤旋轉整數圈，旋轉圈數取。