[發明專利]一種捷聯慣性導航的誤差補償方法及導航系統

有效

• 申請號: 202010625154.5
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111811537B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 王建中;張富強;尹麗莎;張燕;王元偉;尹春松
• 申請（專利權）人: 重慶青年職業技術學院
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16;G01C19/66;G01S19/47;G01C5/06;G01C22/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了一種車載式捷聯慣性導航系統是由激光陀螺、加速度計、氣壓高度計、里程計等傳感組成的核心部件，提供高精度自主定位、定向導。該系統是一種隱蔽性好，工作環境不受外界干擾和影響，不受氣象條件的限制，具有自主性、隱蔽性、實時性和全天候等優點，可實時提供載體精確的位置坐標、方位角、橫滾角、俯仰角、速度、行駛里程、高度等信息。適用于各種載體的導航、制導、定位定向和姿態控制等。

技術領域

本發明涉及慣性導航技術領域，更具體地說，它涉及一種捷聯慣性導航的誤差補償方法及導航系統。

背景技術

慣導系統是一種不依賴于任何外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航系統，具有隱蔽性好，可在空中、地面、水下等各種復雜環境下工作的特點，主要分為平臺式慣導系統和捷聯式慣導系統兩大類。捷聯慣導系統是在平臺式慣導系統基礎上發展而來的，它是一種無框架系統，由三個速率陀螺、三個線加速度計和微型計算機組成。陀螺儀和加速度計直接固連在運載體上。陀螺和加速度計分別用來測量運載體的角運動信息和線運動信息，機載計算機根據這些測量信息解算出運載體的航向、姿態、速度和位置。捷聯慣導系統由于省去了復雜的機電平臺，結構簡單、體積小、重量輕、成本低、維護簡單、可靠性高、還可以通過冗余技術提高其容錯能力。并且，由于諸如激光陀螺、光纖陀螺等固態慣性器件的出現，計算機技術的快速發展和計算理論的日益完善，捷聯慣導的優越性日趨顯露。

捷聯慣導必須對三種算法誤差作補償。在實際系統中，為了降低捷聯陀螺和加速度計的輸出噪聲對系統解算精度的影響，并且能夠完全利用輸出信息，陀螺和加速度計的輸出全部采用增量形式，即加速度計輸出為速度增量，陀螺輸出為角增量(液浮陀螺或撓性陀螺及加速度計輸出采用I-F或V-F轉換成脈沖輸出，激光陀螺本身就是脈沖輸出)。在此情況下，姿態解算和導航解算只能通過求解差分方程來完成，而當運載體存在線振動和角振動，或運載體做機動運動時，在姿態解算中會存在圓錐誤差，在速度解算中會存在劃槳誤差，在位置解算中會存在渦卷誤差。在這些誤差中，圓錐誤差會對捷聯慣導精度的影響最嚴重，劃槳誤差次之，渦卷誤差最輕，在相應算法中需要作嚴格補償。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種捷聯慣性導航的誤差補償方法，對捷聯慣性導航進行算法補償，有效提高導航的精準性和穩定性，提高高精度自主定位、定向導性能。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種捷聯慣性導航的誤差補償方法，陀螺儀和加速度計構成慣性測量單元，慣性測量單元安裝在敏感載體上，載體坐標系相對于其慣性坐標系角速率矢量為載體坐標系的比力矢量為其特征在于，包括以下步驟，

S1：裝訂載體初始位置坐標；

S2：在S1后，系統進行初始化對準，確定導航解算的初始條件，確定載體坐標系和真實導航坐標系之間的初始方向余弦矩陣

S3：對系統的姿態矩陣、位置矩陣和速度進行實時更新計算，實時修正系統中的速度與位置坐標：

姿態矩陣更新，包括以下步驟：

T1：地球自轉角速度結合位置矩陣投影到導航坐標系得到

T2：結合位移角速率得到導航坐標系下的角速度修正量

T3：通過矩陣轉換到載體坐標系下的角速度修正量

T4：結合陀螺儀敏感的角速度信息得到實時的姿態更新矩陣；

位置矩陣更新，包括以下步驟：

M1：通過里程計里程信息結合姿態矩陣將里程信息轉換到導航坐標系，得到導航坐標系下的里程分量

M2：用里程分量除以時間周期得到載體的平均速度，用于修正通過加速度計比力積分的速度，得到

M3：通過載體速度除以地球半徑計算得到位移角速率