[發明專利]一種慣性測量單元對準方法

有效

• 申請號: 202110572055.X
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113405563B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 張若愚;高文劭
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京云科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

1.一種慣性測量單元對準方法，其特征在于，包括：

在晃動環境下采集慣性器件的輸出數據；

基于慣性凝固原理分解姿態矩陣；

基于雙矢量定姿TRIAD算法和遞推四元數估計REQUEST算法求解所述姿態矩陣，得到粗對準結果；

以粗對準階段獲得的所述粗對準結果為初值，建立卡爾曼濾波誤差模型，應用過去時刻存儲的慣性器件數據開展迭代濾波對準，得到初始對準結果；

輸出所述晃動環境下的所述初始對準結果；

所述基于慣性凝固原理分解姿態矩陣，通過下式表示：

其中，n表示導航坐標系，即當地地理坐標系；b表示載體坐標系，固連于載體；表示導航慣性坐標系，是對準初始時刻導航坐標系根據慣性凝固原理確定的坐標系；表示載體慣性坐標系，是對準初始時刻載體坐標系根據慣性凝固原理確定的坐標系；表示從導航慣性系到導航系的姿態轉換矩陣，隨時間變化，并通過對準時間及解算的位置信息獲取更新；表示從載體系到載體慣性系的姿態轉換矩陣，隨時間變化，通過陀螺輸出角速率信息獲取更新；表示從載體慣性系到導航慣性系的姿態轉換矩陣，是對應于對準開始時刻的常值矩陣；

其中，姿態矩陣分解為：

式中，表示對準初始時刻t₀地球坐標系根據慣性凝固原理確定的坐標系；

所述的求解過程包括：

使用陀螺角速度替換旋轉角速率在載體系的投影

從對準開始時刻，四元數在每個采樣間隔內解算更新；

根據四元數和姿態矩陣的轉換關系完成對姿態矩陣的更新；

所述基于雙矢量定姿TRIAD算法和遞推四元數估計REQUEST算法求解所述姿態矩陣，得到粗對準結果，包括：

基于TRIAD算法確定從載體慣性系到導航慣性系的姿態轉換矩陣

基于所述REQUEST算法優化所述得到姿態矩陣的最優估計

所述基于TRIAD算法確定從載體慣性系到導航慣性系的姿態轉換矩陣包括：

根據從導航慣性系到導航系的姿態轉換矩陣以及從載體系到載體慣性系的姿態轉換矩陣獲取當前時刻下重力加速度在導航慣性系和載體慣性系下的投影；

選取不同時刻對加速度矢量進行積分運算，分別得到速度矢量在導航慣性系和載體慣性系下的投影；

根據TRIAD原理和速度矢量在導航慣性系和載體慣性系下的投影，確定出所述姿態轉換矩陣

所述當前時刻t_k下重力加速度在導航慣性系和載體慣性系下的投影，通過下式表示：

其中，重力加速度在導航系下的投影gⁿ＝[00-g]，重力加速度在載體系下的投影g^b可用加速度計輸出表示；

相應地，在不同時刻t₁和t₂下，速度矢量在導航慣性系和載體慣性系下的投影，通過下式表示：

所述姿態轉換矩陣通過下式表示：

所述基于所述REQUEST算法優化所述得到姿態矩陣的最優估計包括：

選取比力的積分作為觀測矢量，在t_k時刻，觀測信息通過下式表示：

初始化參數初值，設置m₀＝0，K₀＝0_4×4，

在t_k時刻，利用當地緯度L和對準時間t計算利用陀螺輸出角速率計算

根據觀測信息的計算公式求解t_k時刻的觀測矢量，獲取矩陣K當前的增量矩陣ΔK_k，ΔK_k通過下式表示：

z_k＝b_k×r_k；

σ_k＝tr(B_k)；

根據不同觀測矢量對K矩陣的影響，選取合適的權重系數，更新t_k時刻的K矩陣，更新方式如下：

其中，α_k為權重系數，對各觀測向量采用相同的權重系數；

求解K最大特征值對應的特征向量，更新姿態矩陣估計值

判斷是否達到對準時間；

若對準未結束，則再次所述在t_k時刻，利用當地緯度L和對準時間t計算利用陀螺輸出角速率計算的步驟；

若對準已結束，輸出當前的姿態矩陣估計值