專利名稱：一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法， 屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
I、光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)捷聯(lián)慣導(dǎo)是一種完全自主的導(dǎo)航方式，它具有不依賴外界信息，隱蔽性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，且具備多功能參數(shù)輸出；與平臺(tái)慣導(dǎo)相比，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不需要精密的穩(wěn)定平臺(tái)，減少了硬件結(jié)構(gòu)，因而成本大大降低。光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)一般由三個(gè)光纖陀螺與三個(gè)加速度計(jì)組成。其中，光纖陀螺與傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺相比，具有無運(yùn)動(dòng)部件、耐沖擊、抗加速運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍寬、啟動(dòng)時(shí)間極短等突出優(yōu)點(diǎn)；與激光陀螺儀相比，能夠有效地克服閉鎖現(xiàn)象，易于制造，成本低，已成為新一代理想慣性器件，目前已發(fā)展成為慣性技術(shù)領(lǐng)域具有劃時(shí)代特征的新型主流儀表，未來的慣性設(shè)備領(lǐng)域中將占據(jù)重要地位。2、初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種積分推算系統(tǒng)，這就需要預(yù)先給定積分初始值(包括位置、速度和姿態(tài))。載體的位置與速度初值較容易得到，如在靜止?fàn)顟B(tài)下開始導(dǎo)航時(shí)，初始速度為零，也可以利用外部數(shù)據(jù)直接裝訂。而初始姿態(tài)值相對(duì)而言較難得到，這時(shí)需要依賴慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)過程來實(shí)現(xiàn)。初始對(duì)準(zhǔn)誤差是光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)主要的測(cè)量誤差源，初始對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)系統(tǒng)的誤差影響不僅表現(xiàn)在姿態(tài)測(cè)量輸出上，而且表現(xiàn)在速度和位置測(cè)量輸出上。由于初始對(duì)準(zhǔn)的精度、對(duì)準(zhǔn)時(shí)間直接影響導(dǎo)航精度和準(zhǔn)備時(shí)間，所以初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)一直是慣導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。按照對(duì)外信息需求的不同，初始對(duì)準(zhǔn)可分為自主式對(duì)準(zhǔn)和非自主式對(duì)準(zhǔn)。自主式對(duì)準(zhǔn)指慣導(dǎo)系統(tǒng)依靠重力矢量和地球自轉(zhuǎn)角速度矢量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，而不需要其他外部信息，該方式對(duì)慣性儀表精度要求較高，對(duì)準(zhǔn)時(shí)間通常較長(zhǎng)；非自主式對(duì)準(zhǔn)指通過機(jī)電或者光學(xué)方法直接引入外部姿態(tài)信息或通過引入外部主慣導(dǎo)的導(dǎo)航信息等方法來完成的初始對(duì)準(zhǔn)。初始對(duì)準(zhǔn)的兩項(xiàng)重要指標(biāo)是對(duì)準(zhǔn)時(shí)間和對(duì)準(zhǔn)精度。對(duì)于自主式對(duì)準(zhǔn)，為了提高初始對(duì)準(zhǔn)的精度，一方面可以提高慣性器件的精度，但是由于提高慣性器件的精度需要增加系統(tǒng)的成本，此外受加工水平的限制，無限制的提高器件的精度是很難實(shí)現(xiàn)的；另一方面就是對(duì)影響初始對(duì)準(zhǔn)精度的器件誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可以使現(xiàn)有精度的慣性器件達(dá)到較高精度的初始對(duì)準(zhǔn)精度。常用的初始對(duì)準(zhǔn)方法有解析式對(duì)準(zhǔn)方法、羅經(jīng)回路對(duì)準(zhǔn)方法、方位估算方法、兩位置卡爾曼濾波對(duì)準(zhǔn)法等。在兩位置卡爾曼濾波對(duì)準(zhǔn)過程中，一般集中在對(duì)方位失準(zhǔn)角的估計(jì)，同時(shí)還能觀測(cè)一部分陀螺漂移誤差。3、慣性器件誤差補(bǔ)償根據(jù)初始對(duì)準(zhǔn)的原理，在對(duì)準(zhǔn)過程中，慣性器件的常值誤差的存在是導(dǎo)致尋北精度難以提高的主要因素。慣性器件的常值誤差雖然可以對(duì)器件建立誤差模型后，通過預(yù)先標(biāo)定補(bǔ)償一部分，但是由于常值誤差實(shí)際上也是隨時(shí)間改變的，每次上電后都不一樣，如陀螺常值漂移除了有逐次啟動(dòng)誤差外，還有逐日漂移的變化，即在一次啟動(dòng)后隨著陀螺儀運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)，陀螺常值漂移量也在緩慢地變化著，因此標(biāo)定后仍存在常值誤差。在實(shí)際工程應(yīng)用中，器件漂移往往不完全是常值，還伴隨著隨機(jī)斜坡漂移。相比常值誤差，隨機(jī)斜坡漂移由于隨時(shí)間的變化較快，會(huì)降低尋北精度，并且一般斜率不定，依靠建模補(bǔ)償比較困難，而常用的最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)無法抑制該項(xiàng)誤差對(duì)尋北的精度影響。通常采用卡爾曼濾波方法在線估計(jì)慣性器件的常值誤差進(jìn)行補(bǔ)償，最常見的對(duì)準(zhǔn)方案有最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方案，但是最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)方案并不能解決器件隨機(jī)斜坡漂移對(duì)尋北精度的影響。因此如何充分利用對(duì)準(zhǔn)過程中的零速信息，建立合適的尋北方案消除器件斜坡漂移的影響，對(duì)于提高光纖捷聯(lián)慣組的尋北精度將具有非常重要的軍事意義和實(shí)用價(jià)值。在現(xiàn)有的技術(shù)中，通常采用卡爾曼濾波方法在線估計(jì)慣性器件的常值誤差，并進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于固定位置的靜基座對(duì)準(zhǔn)方案，由于陀螺常值漂移與可觀測(cè)程度較差，因此估計(jì)精度不高，加速度計(jì)零偏估計(jì)不出來，造成補(bǔ)償效果并不理想。針對(duì)靜基座捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)可觀測(cè)性差的缺點(diǎn)專利I申請(qǐng)?zhí)?00810064146. 7，提出了基于濾波的光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)兩位置初始對(duì)準(zhǔn)方法，實(shí)質(zhì)是最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)。該方法首先使載體靜止在第一位置，利用卡爾曼濾波方法估計(jì)出航向角K1和陀螺漂移εχ1、Syl，然后繞方位軸旋轉(zhuǎn)得到最優(yōu)第二位置，再估計(jì)出第二位置的航向角K2和陀螺漂移ε x2、ey2;利用K1' εχ1、eyl、K2、ε x2、ey2求出陀螺漂移εχ、ey，代入到陀螺的誤差模型中，對(duì)陀螺的逐次啟動(dòng)誤差進(jìn)行了修正，估計(jì)出平臺(tái)失準(zhǔn)角，克服地理等效陀螺漂移對(duì)方位失準(zhǔn)角估計(jì)精度的影響，提高了對(duì)準(zhǔn)的精度。專利2 申請(qǐng)?zhí)?00510130615. 7，提出了一種捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的任意雙位置初始對(duì)準(zhǔn)方法，原理同專利1，但是第二位置可以是任意的。文獻(xiàn)I:關(guān)勁等.旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對(duì)準(zhǔn)方法[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào).2010. 18(4) :396-400，提出了捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)四位置轉(zhuǎn)停的單軸旋轉(zhuǎn)方案，以及在此方案下的精對(duì)準(zhǔn)方法。將陀螺常值漂移和加速度計(jì)零位誤差調(diào)制成周期變量，通過改變慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型中的捷聯(lián)矩陣改善系統(tǒng)的可觀測(cè)性。為了使捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程適合卡爾曼濾波模型，將加速度計(jì)誤差和陀螺漂移擴(kuò)充為狀態(tài)變量，在MU旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的對(duì)準(zhǔn)方法大大提高了系統(tǒng)失準(zhǔn)角的可觀測(cè)性，從而提高了對(duì)準(zhǔn)精度。文獻(xiàn)2:孫楓等.旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精對(duì)準(zhǔn)技術(shù)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)· 2010. 32(3) =630-633,以及專利3申請(qǐng)?zhí)?200910071734. 8，針對(duì)慣性器件常值偏差對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航精度的影響，提出了一種單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案并建立該系統(tǒng)誤差方程，將系統(tǒng)中陀螺常值漂移和加速度計(jì)零位誤差調(diào)制成周期變化的量。通過改變慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型中的捷聯(lián)矩陣來改善系統(tǒng)的可觀測(cè)性。利用譜條件數(shù)法計(jì)算出慣性測(cè)量單元在靜止和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下捷聯(lián)系統(tǒng)的可觀測(cè)度，采用卡爾曼濾波方法實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)系統(tǒng)的精對(duì)準(zhǔn)。仿真結(jié)果表明，IMU旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的對(duì)準(zhǔn)方法消除了陀螺常值漂移和加速度計(jì)零偏對(duì)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)精度的影響，大大提高了對(duì)準(zhǔn)精度。文獻(xiàn)3 :孫楓等.旋轉(zhuǎn)調(diào)制捷聯(lián)慣導(dǎo)慣性測(cè)量組件零偏的估計(jì)方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù).2011. 33(9) :2045-2049，提出一種基于單軸旋轉(zhuǎn)慣性測(cè)量組件的三位置初始對(duì)準(zhǔn)估計(jì)加速度計(jì)零偏和陀螺常值漂移水平分量的方法，并給出了慣性器件誤差最優(yōu)估計(jì)時(shí)IMU的最優(yōu)轉(zhuǎn)動(dòng)位置。數(shù)字仿真表明該方法能估算和補(bǔ)償慣性器件誤差的水平分量，提高初始對(duì)準(zhǔn)精度。但是文獻(xiàn)1-3、專利1-3中，只是針對(duì)慣性器件的常值誤差進(jìn)行補(bǔ)償，都沒有針對(duì)慣性器件的隨機(jī)斜坡漂移進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)中陀螺常值漂移存在逐次啟動(dòng)誤差以及逐日漂移變化的問題，文獻(xiàn)4宮曉琳，房建成.一種在線實(shí)時(shí)消除SINS陀螺常值漂移的方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2008. 29(7) :1350-1354、專利4申請(qǐng)?zhí)?00610114096. X，提出一種捷聯(lián)狀態(tài)下在線實(shí)時(shí)消除陀螺常值漂移的方法，通過附加一個(gè)監(jiān)控陀螺，實(shí)現(xiàn)對(duì)SINS中導(dǎo)航陀螺常值漂移的在線測(cè)量與補(bǔ)償。半物理仿真結(jié)果表明，該方法能夠自主地在線測(cè)量SINS中導(dǎo)航陀螺逐次啟動(dòng)后的常值漂移量及其緩慢變化，并能夠獲得誤差小于O. 02° /h的陀螺常值漂移，可據(jù)此進(jìn)行陀螺常值漂移的在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償，有效克服陀螺性能變化對(duì)SINS系統(tǒng)精度的影響，提高了 SINS的精度。但是文獻(xiàn)4和專利4只針對(duì)陀螺的常值漂移提出了補(bǔ)償方案，沒有提出加速度計(jì)的常值漂移補(bǔ)償方案；同時(shí)沒有提出慣性器件斜坡漂移誤差的補(bǔ)償方案。而且通過增加一個(gè)監(jiān)控陀螺和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)來達(dá)到陀螺漂移補(bǔ)償?shù)哪康?，增加了系統(tǒng)的成本，同時(shí)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)能夠引入誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法。一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一、通過外部設(shè)備確定載體的初始位置參數(shù)并將其裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；載體的初始位置參數(shù)包括初始的經(jīng)度、緯度、高度；步驟二、光纖捷聯(lián)慣組進(jìn)行預(yù)熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)；光纖陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考系的角速率^4，石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考下的比力fb ;步驟三、對(duì)采集到的光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用二階調(diào)平法和方位估算法完成光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)，初步確定載體姿態(tài)角；步驟四、粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后進(jìn)入精對(duì)準(zhǔn)階段；保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第一次零速修正；步驟五、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置；保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第二次零速修正；步驟六、載體從第二位置以-45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)-180度至第一位置； 保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第三次零速修正；步驟七、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置；保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第四次零速修正；步驟八、通過步驟七的第四次零速修正，得到載體的真實(shí)航向角，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)完成尋北，同時(shí)估計(jì)出器件的漂移誤差。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明所述方法充分利用往復(fù)式兩位置對(duì)準(zhǔn)過程，在傳統(tǒng)最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，不增加硬件成本條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間間隔、轉(zhuǎn)動(dòng)方式、濾波器設(shè)計(jì)的參數(shù)等的合理設(shè)計(jì)，能夠有效消除器件常值誤差，同時(shí)也能抑制器件斜坡誤差的影響，提高了光纖慣組的尋北精度。


圖I是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明的卡爾曼濾波的反饋校正方式示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于往復(fù)式兩位置和傳統(tǒng)航向兩位置對(duì)準(zhǔn)方式下光纖捷聯(lián)慣組尋北誤差估計(jì)收斂過程的比對(duì)曲線。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的光纖陀螺漂移誤差、加速度計(jì)常值漂移誤差狀態(tài)變量估計(jì)值的仿真曲線。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，流程如圖I所示，包括以下幾個(gè)步驟步驟一、通過外部設(shè)備確定載體的初始位置參數(shù)并將其裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。載體的初始位置參數(shù)包括初始的經(jīng)度、緯度、高度，外部設(shè)備可以為GPS接收機(jī)。步驟二、光纖捷聯(lián)慣組進(jìn)行預(yù)熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)。光纖陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考系的角速率^4，石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考下的比力f、步驟三、對(duì)采集到的光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差傳播特性和古典控制理論，采用二階調(diào)平法和方位估算法完成光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)，初步確定載體姿態(tài)角。粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間不少于30秒。步驟四、粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后進(jìn)入精對(duì)準(zhǔn)階段。保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第一次零速修正，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)尋北對(duì)準(zhǔn)時(shí)間不超過30秒。此時(shí)慣組初始俯仰角和滾轉(zhuǎn)角設(shè)為O度，航向角為45度(實(shí)例)。步驟五、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置。保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第二次零速修正，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)尋北對(duì)準(zhǔn)時(shí)間不超過70s。步驟六、載體從第二位置以-45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)-180度至第一位置。 保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第三次零速修正，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)尋北對(duì)準(zhǔn)時(shí)間不超過70s。步驟七、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置。保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第四次零速修正，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)尋北對(duì)準(zhǔn)時(shí)間不超過30s。步驟八、通過步驟七的第四次零速修正，得到載體的真實(shí)航向角，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)完成尋北，同時(shí)估計(jì)出來了器件的漂移誤差，達(dá)到抑制器件隨機(jī)漂移目的。步驟四至步驟七中所述的零速修正為基于卡爾曼濾波技術(shù)的零速修正方法，即利用載體此時(shí)速度為零作為卡爾曼濾波器的觀測(cè)量，通過卡爾曼濾波迭代，估計(jì)出載體的航向誤差角Ψζ、光纖陀螺儀的漂移誤差Bx、By，加速度計(jì)的漂移誤差A(yù)x、Ay，最后對(duì)航向角、光纖陀螺儀和加速度計(jì)的輸出進(jìn)行修正。具體包括以下幾個(gè)步驟步驟I、建立精對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測(cè)方程；導(dǎo)航坐標(biāo)系取為游動(dòng)自由方位坐標(biāo)系；根據(jù)載體現(xiàn)在的位置，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測(cè)方程分別為X = F(t)X(t) + W(t)Z(t) = HX (t)+ n (t)式中，X表示系統(tǒng)狀態(tài)的微分、F (t)表示狀態(tài)矩陣、X⑴表示系統(tǒng)狀態(tài)向量、W(t) 表示系統(tǒng)噪聲、Z (t)表示量測(cè)值、H表示觀測(cè)矩陣、Il (t)表示量測(cè)噪聲；其中系統(tǒng)狀態(tài)向量與系統(tǒng)噪聲分別為X(t) = [ δ θ χ δ θ y δ h δ νχ δ vy δ νζ Ψχ Ψγ Ψζ Ax Ay Az Bx By Bjτ剛=[OO O wSVx wSVy、O O O O O O]式中，δ θ表示角位置誤差矢量、δ θχ表示角位置誤差矢量X軸分量、δ 0y表示角位置誤差矢量Y軸分量、Sh表示高度誤差、δ V表示速度誤差矢量、δ Vx表示速度誤差矢量X軸分量、δ Vy表示速度誤差矢量Y軸分量、δ Vz表示速度誤差矢量Z軸分量、Ψ表示姿態(tài)角誤差、Vx表示俯仰角誤差、Vy橫滾角誤差、Vz航向角誤差、Ax、Ay、Az為加速度計(jì)的漂移誤差狀態(tài)變量，Ax為X軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差、Ay為Y軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差、Az為Z軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差^,』,』,表示光纖陀螺儀的漂移誤差狀態(tài)變量，Bx表示載體系下X軸陀螺的漂移誤差，By表示載體系下Y軸陀螺的漂移誤差，Bz表示載體系下Z軸陀螺的漂移誤差。系統(tǒng)噪聲W(t)六個(gè)分量分別為加速度計(jì)和陀螺在載體坐標(biāo)系下均值為0，方差為Q、呈正態(tài)分布的白噪聲。狀態(tài)矩陣為式中，F(xiàn)1(t)、F2 (t)、F3 (t)具體為
權(quán)利要求
1.一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，其特征在于， 包括以下幾個(gè)步驟步驟一、通過外部設(shè)備確定載體的初始位置參數(shù)并將其裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；載體的初始位置參數(shù)包括初始的經(jīng)度、緯度、高度；步驟二、光纖捷聯(lián)慣組進(jìn)行預(yù)熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)；光纖陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考系的角速率《4，石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)為載體相對(duì)于慣性參考下的比力fb ；步驟三、對(duì)采集到的光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用二階調(diào)平法和方位估算法完成光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)，初步確定載體姿態(tài)角；步驟四、粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后進(jìn)入精對(duì)準(zhǔn)階段；保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第一次零速修正；步驟五、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置；保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第二次零速修正；步驟六、載體從第二位置以-45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)-180度至第一位置；保持載體在第一位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第三次零速修正；步驟七、載體從第一位置以45度/秒的轉(zhuǎn)速繞航向軸旋轉(zhuǎn)180度至第二位置；保持載體在第二位置上靜止不動(dòng)，進(jìn)行第四次零速修正；步驟八、通過步驟七的第四次零速修正，得到載體的真實(shí)航向角，光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)完成尋北，同時(shí)估計(jì)出器件的漂移誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，其特征在于，步驟一中，外部設(shè)備為GPS接收機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，其特征在于，所述的零速修正基于卡爾曼濾波，即利用載體此時(shí)速度為零作為卡爾曼濾波器的觀測(cè)量，通過卡爾曼濾波迭代，估計(jì)出載體的航向誤差角Ψζ、光纖陀螺儀的漂移誤差Bx、By，加速度計(jì)的漂移誤差A(yù)x、Ay，最后對(duì)航向角、光纖陀螺儀和加速度計(jì)的輸出進(jìn)行修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或者3所述的一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，其特征在于，所述零速修正具體包括以下幾個(gè)步驟步驟I、建立精對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測(cè)方程；導(dǎo)航坐標(biāo)系取為游動(dòng)自由方位坐標(biāo)系；根據(jù)載體現(xiàn)在的位置，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測(cè)方程分別為X = F(t)X(t) + W(t)Z (t) = HX (t) + η (t)式中，X表示系統(tǒng)狀態(tài)的微分、F(t)表示狀態(tài)矩陣、X(t)表示系統(tǒng)狀態(tài)向量、W(t)表示系統(tǒng)噪聲、Z (t)表示量測(cè)值、H表示觀測(cè)矩陣、η (t)表示量測(cè)噪聲；其中系統(tǒng)狀態(tài)向量與系統(tǒng)噪聲分別為X(t) = [δ ΘΧ δ Θ y δ ΘΖ δ Vx δ Vy δ Vz ψχ UTy ψζ Ax Ay Az Bx By Bjτ W (t) = ^O O O wSVx wSVy wSVz wWx ' O O O O O O]式中，S Θ表示角位置誤差矢量、δ θχ表示角位置誤差矢量X軸分量、δ 0丨表示角位置誤差矢量Y軸分量、Sh表示高度誤差、δ V表示速度誤差矢量、δ Vx表示速度誤差矢量 X軸分量、S Vy表示速度誤差矢量Y軸分量、δ Vz表示速度誤差矢量Z軸分量、Ψ表示姿態(tài)角誤差、Ψχ表示俯仰角誤差、Vy橫滾角誤差、Ψζ航向角誤差、Ax、Ay、Az為加速度計(jì)的漂移誤差狀態(tài)變量，Ax為X軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差、Ay為Y軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差、Az為Z軸加速度計(jì)載體坐標(biāo)系下漂移誤差^,』,』,表示光纖陀螺儀的漂移誤差狀態(tài)變量，Bx表示載體系下X軸陀螺的漂移誤差，By表示載體系下Y軸陀螺的漂移誤差， Bz表示載體系下Z軸陀螺的漂移誤差；系統(tǒng)噪聲W(t)六個(gè)分量分別為加速度計(jì)和陀螺在載體坐標(biāo)系下均值為O,方差為Q、呈正態(tài)分布的白噪聲；狀態(tài)矩陣為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，其特征在于，步驟四中，進(jìn)行第一次零速修正，在步驟四的修正基礎(chǔ)上，步驟五再進(jìn)行第二次零速修正，在步驟五的修正基礎(chǔ)上，步驟六再進(jìn)行第三次零速修正進(jìn)行，在步驟六的修正基礎(chǔ)上，步驟七再進(jìn)行第四次零速修正進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，本發(fā)明所述方法充分利用往復(fù)式兩位置對(duì)準(zhǔn)過程，在傳統(tǒng)最優(yōu)兩位置對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，不增加硬件成本條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間間隔、轉(zhuǎn)動(dòng)方式、濾波器設(shè)計(jì)的參數(shù)等的合理設(shè)計(jì)，能夠有效消除器件常值誤差，同時(shí)也能抑制器件斜坡誤差的影響，提高了光纖慣組的尋北精度。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102589546SQ20121005408
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者劉航, 張春熹, 李保國(guó), 蘆佳振 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)