[發(fā)明專利]一種基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的載體姿態(tài)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410120577.6
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103900571B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于飛;阮雙雙;奔粵陽;趙維珩;楊曉龍;李敬春
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G06F19/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于實時測量載體的導(dǎo)航參數(shù)值的基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的載體姿態(tài)測量方法。

背景技術(shù)

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，人們對于構(gòu)成慣性測量單元的陀螺儀和加速度計等慣性器件的持續(xù)研究推動了慣性器件的快速發(fā)展。器件精度越高，進一步提升器件精度的代價就越大，而隨著國防工業(yè)對武器系統(tǒng)低成本,高可靠性，易維護性的要求越來越高，因此采用誤差自補償技術(shù)來提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度是慣性技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)由于器件的動態(tài)性能不穩(wěn)定，容易受外界環(huán)境影響等特點，在選取雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的時候要特別注意陀螺標(biāo)度因數(shù)誤差與安裝誤差對系統(tǒng)的影響。常用的基于地理坐標(biāo)系的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)無法消除標(biāo)度因數(shù)誤差與安裝誤差對系統(tǒng)的影響，因此對光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)采用基于慣性坐標(biāo)系的三軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案，控制慣性測量單元（Inertial Measurement Unit,IMU）按照制定路徑繞慣性坐標(biāo)軸逐次旋轉(zhuǎn)，以消除器件誤差對系統(tǒng)的影響，進而提高捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)自主導(dǎo)航精度。

基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)調(diào)制型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺儀敏感到的角速度是方案設(shè)定的IMU坐標(biāo)系相對慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，既不包含地球自轉(zhuǎn)角速度信息又不包含載體的姿態(tài)信息，如何從采集信息中解調(diào)出載體的姿態(tài)信息是基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)調(diào)制型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵之一。慣性坐標(biāo)系的z_i軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，x_i軸和y_i軸在零緯度圈平面內(nèi)，且x_i軸在零經(jīng)度圈平面內(nèi)，y_i軸與x_i和z_i構(gòu)成右手坐標(biāo)系；地理坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸分別指向東-北-天方向；導(dǎo)航坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合；IMU坐標(biāo)系的x_s軸、y_s軸和z_s軸分別沿陀螺的三個敏感軸方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用陀螺儀和加速度計的輸出數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)臺輸出角速率共同測量載體相對導(dǎo)航坐標(biāo)系的姿態(tài)角，實現(xiàn)基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)調(diào)制型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航功能。的基于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的載體姿態(tài)測量方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

步驟一：捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)開機預(yù)熱1小時后進行初始對準(zhǔn)；

步驟二：控制捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的控制慣性測量單元IMU繞慣性坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，采集陀螺儀輸出角速度加速度計輸出比力f^s和轉(zhuǎn)臺輸出角速率

步驟三：根據(jù)步驟二采集的陀螺儀輸出角速度測量慣性系與控制慣性測量單元IMU坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣

步驟四：根據(jù)步驟二采集的加速度計輸出比力f^s、步驟三獲得的方向余弦矩陣和慣性系與地理系之間的方向余弦矩陣測量比力在地理坐標(biāo)系的投影fⁿ；

步驟五：根據(jù)步驟四獲得的fⁿ測量載體的速度和位置，依次記為V_x、V_y、λ_t和

步驟六：根據(jù)步驟五獲得的載體位置λ_t和測量慣性系與地理系之間的方向余弦矩陣：

式中，ω_ie是地球自轉(zhuǎn)角速度；

步驟七：根據(jù)步驟五獲得的載體速度V_x與V_y和步驟六獲得的測量載體的位置角速率在慣性系的投影

步驟八：根據(jù)步驟二采集的陀螺儀和轉(zhuǎn)臺輸出角速率與和步驟三獲得的方向余弦矩陣測量角速度在慣性坐標(biāo)系的投影與

步驟九：根據(jù)地球速率步驟六獲得的轉(zhuǎn)換矩陣步驟七獲得的位置角速率在慣性系的投影和步驟八獲得的陀螺儀與轉(zhuǎn)臺輸出角速率在慣性坐標(biāo)系的投影與測量載體的姿態(tài)速率：

步驟十：根據(jù)步驟九獲得的姿態(tài)速率測量載體坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣

步驟十一：根據(jù)步驟十獲得的測量載體的縱搖角θ、橫搖角γ和航向角ψ：

θ＝sin^-1C₂₃

式中，C_ij,i,j＝1,2,3為方向余弦矩陣中的各元素。