[發明專利]一種基于慣性系的旋轉式捷聯慣導系統轉位方法

有效

• 申請號: 201410080764.6
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103900607B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 于飛;阮雙雙;奔粵陽;鮑桂清;楊曉龍;趙維珩;李敬春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 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

技術領域

本發明屬于慣性導航技術領域，具體涉及一種可用于提高慣性導航系統的精度的基于慣性系的旋轉式捷聯慣導系統轉位方法。

背景技術

在船用慣性導航系統中，對陀螺儀和加速度計的精度以及系統持續工作時間的要求都比較高，高精度的慣性導航系統要采用高性能的慣性傳感器與先進的系統技術，由于工藝制造水平的限制，制造高性能的慣性傳感器不僅難度大，還將提高整個慣性導航的成本，因此先進的系統技術一直以來都是高精度慣性導航的研究熱點。

旋轉調制技術是一種慣性器件偏差自補償方法，該方法通過對慣性器件偏差的調制來抵消該誤差項對系統的影響。目前常用的單軸旋轉式捷聯慣導系統和雙軸旋轉式捷聯慣導都是基于地理坐標系的旋轉，系統中總是存在陀螺刻度因數誤差和安裝誤差與地球轉速的耦合項，并且利用旋轉調制無法完全消除這兩項誤差源對系統的影響。

要獲得高精度的捷聯慣導系統，必須采用先進的轉位方法避免陀螺刻度因數誤差和安裝誤差與地球轉速的耦合，且系統能在一個完整的旋轉調制周期內將慣性測量單元（Inertial Measurement Unit,IMU）的輸出誤差調制為零。各坐標系的定義如下：IMU坐標系的x_s、y_s和z_s軸分別沿IMU的三個陀螺儀；載體坐標系的x_b、y_b和z_b軸分別沿載體的右、前、上方向；地理坐標系的x_n、y_n和z_n軸分別沿地理的東、北、天方向；慣性坐標系的x_i、y_i軸分別沿地心指向兩顆固定的恒星，z_i軸方向與地球自轉角速度矢量的方向相同。

發明內容

本發明的目的在于提出一種避免陀螺刻度因數誤差和安裝誤差與地球轉速的耦合，且系統能在一個完整的旋轉調制周期內將IMU的輸出誤差調制為零，從而提高系統的導航精度的基于慣性系的旋轉式捷聯慣導系統轉位方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟一：將捷聯慣導系統的IMU安裝在轉位機構上，在現有技術下對系統進行初始對準，獲得初始捷聯姿態矩陣

步驟二：測量初始時刻IMU坐標系相對慣性坐標系的姿態角，控制轉位機構帶動IMU按照測量出的姿態角逐次轉動，使IMU坐標系與慣性坐標系重合；

步驟三：控制轉位機構繞IMU坐標系的z_s軸順時針以大小為ω_ie的旋轉角速度轉動，使IMU坐標系與地心慣性系保持相對靜止；

步驟四：控制IMU繞地心慣性坐標系的z_i軸和y_i軸按照下列次序進行轉動：

a.繞z_i軸順時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動360度；

b.繞z_i軸逆時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動360度；

c.繞y_i軸順時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動180度；

d.繞z_i軸順時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動360度；

e.繞z_i軸逆時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動360度；

f.繞y_i軸逆時針以大小為20ο/s的旋轉角速度轉動180度；

所述的步驟四中，IMU在繞地心慣性坐標系的z_i軸和y_i軸按固定的角速度依次旋轉時，根據式（1）實時測量出慣性系與導航系之間的轉動角速度

式中，V_x、V_y和是捷聯慣性導航系統解算得到的東向速度、北向速度和緯度；是地心慣性坐標系到IMU坐標系的轉動方向余弦矩陣，由轉動角速度的正余弦函數組成；是導航坐標系到地心慣性坐標系的轉動方向余弦矩陣，由經緯度和地球自轉角速度組成。

同時，將捷聯慣性導航系統解算得到的載體坐標系與導航坐標系之間的旋轉角速度投影到IMU坐標系，實時測量得到

利用測量得到的和以及IMU繞地心慣性坐標系的旋轉角速度在IMU坐標系的投影測量出轉位機構施加給IMU的旋轉角速度矢量

利用捷聯慣導系統實時測量得到的IMU控制角速度控制IMU的三根軸共同旋轉，從而實現步驟四。