[發明專利]一種雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角標定方法

在審

• 申請號: 201810294110.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108507592A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 孫牧;鄧志紅;石雷;肖烜;王博
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;仇蕾安

1.一種雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、建立雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角誤差模型，得到外環軸旋轉環架坐標系與內環軸旋轉環架坐標系的轉移矩陣以及內環軸旋轉環架坐標系與實際IMU坐標系的轉移矩陣

步驟2、當雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角存在時，利用和求解雙軸旋轉前IMU坐標系到導航坐標系的變換矩陣以及雙軸旋轉后IMU坐標系到導航坐標系的變換矩陣從而建立雙軸旋轉前后的IMU姿態陣變換矩陣

步驟3、分別在僅內環軸旋轉和僅外環軸旋轉的情況下，利用求得雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角的標定量。

2.如權利要求1所述的一種雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角標定方法，其特征在于，步驟1具體過程為：

定義坐標系OX_h1Y_h1Z_h1是內環軸旋轉環架坐標系，s′為理想IMU坐標系框架，s為實際IMU坐標系框架，坐標系OX_sY_sZ_s為實際IMU坐標系，坐標系OX_h2Y_h2Z_h2是外環軸旋轉環架坐標系，θ_x、θ_y和θ_z分別為實際IMU坐標系和內環軸間存在的x、y和z方向的非正交角分量，η_x、η_y和η_z分別為內環軸和外環軸間存在的x、y和z方向的非正交角分量；

坐標系OX_h2Y_h2Z_h2和坐標系OX_h1Y_h1Z_h1之間的轉移矩陣為：

坐標系OX_h1Y_h1Z_h1和坐標系OX_sY_sZ_s之間的轉移矩陣為：

3.如權利要求1所述的一種雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角標定方法，其特征在于，步驟2具體過程為：

當雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角存在時，雙軸旋轉前IMU坐標系到導航坐標系的變換矩陣表示為：

其中，和分別表示和的逆矩陣，表示初始時刻內環軸所處在α₀角度時狀態矩陣，表示初始時刻外環軸所處在β₀角度時狀態矩陣，α₀和β₀分別表示內、外環軸初始時刻相對于零位置的轉動角度，載體姿態矩陣為常量；

雙軸旋轉后IMU坐標系到導航坐標系的變換矩陣表示為：

其中，表示旋轉后內環軸所處在α角度時狀態矩陣，表示初始時刻外環軸所處在β角度時狀態矩陣；

建立雙軸旋轉前后的IMU姿態陣變換矩陣為：

其中，和分別表示和的逆矩陣；

對于式(6)中和的IMU姿態矩陣分別由環架旋轉前、后IMU姿態解算求得，則由式(6)計算得

其中，C_ij表示兩組姿態矩陣乘積第i行第j列的元素。

4.如權利要求3所述的一種雙軸旋轉慣性導航系統轉軸非正交角標定方法，其特征在于，步驟3具體過程為：

步驟3.1、令β＝β₀＝α₀＝0，α≠0，利用公式(6)和公式(7)解得IMU坐標系與內環軸系間的非正交角分量θ_x和θ_y為：

式中，和分別表示內環軸旋轉α角度前后時刻IMU姿態陣乘積矩陣中的第一行第三列、第三行第一列、第二行第三列和第三行第二列元素；

步驟3.2、令α＝β₀＝α₀＝0，β≠0，通過公式(6)、公式(7)以及非正交角分量θ_x、θ_y值，解得非正交角分量η_y和θ_z+η_z為：

式中，和分別表示外環軸旋轉β角度前后時刻IMU姿態陣乘積矩陣中的第一行第二列、第二行第一列、第一行第三列和第三行第一列元素；

由此，得到了θ_x、θ_y、η_y和θ_z+η_z的非正交角分量。