專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在靜基座條件下的初始對(duì)準(zhǔn)方法，屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)是在較短的時(shí)間內(nèi)，以一定的精度確定載體的初始位置、初始速度以及載體的初始姿態(tài)角。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)通常分為兩個(gè)階段粗對(duì)準(zhǔn)階段和精對(duì)準(zhǔn)階段。在粗對(duì)準(zhǔn)階段，根據(jù)重力加速度矢量和地球自轉(zhuǎn)角速率矢量的測量值，直接估算出載體坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，估算值與真實(shí)值存在偏差，但應(yīng)為小量；精對(duì)準(zhǔn)可在粗對(duì)準(zhǔn)基礎(chǔ)上采用最小二乘法或卡爾曼濾波完成。按慣導(dǎo)系統(tǒng)基座的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)可分為動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)和靜基座對(duì) 準(zhǔn)。動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)是在載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，而靜基座對(duì)準(zhǔn)是載體未進(jìn)行線運(yùn)動(dòng)情況下的對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)載體經(jīng)緯度位置不變，地速為零。按對(duì)準(zhǔn)過程中信息的獲取途徑，慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)又可分為自對(duì)準(zhǔn)和傳遞對(duì)準(zhǔn)。傳遞對(duì)準(zhǔn)就是利用高精度的主慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航參數(shù)或其他設(shè)備(如GPS、里程計(jì)等)提供的載體運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，作為外觀測量，通過狀態(tài)濾波技術(shù)估計(jì)出子慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)量的值；而自對(duì)準(zhǔn)是從慣導(dǎo)系統(tǒng)自身的慣性器件輸出值中提取載體運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息作為外觀測量，通過狀態(tài)濾波技術(shù)估計(jì)出狀態(tài)量的值。其中，傳遞對(duì)準(zhǔn)主要應(yīng)用于動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)，而自對(duì)準(zhǔn)主要應(yīng)用于靜基座對(duì)準(zhǔn)。在精對(duì)準(zhǔn)階段，慣導(dǎo)系統(tǒng)靜基座對(duì)準(zhǔn)通常采用的方法是基于卡爾曼濾波的狀態(tài)量估計(jì)法，所采用的系統(tǒng)方程為X = AX+ GW其中，A為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，W為系統(tǒng)噪聲向量，X為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，G為噪聲系數(shù)矩陣，將這些參數(shù)寫成矩陣形式分別為X= [ δ VeS νηφεφηφ人AyAz ε χ ε y ε Jt
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權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于該方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下 步驟一、獲得旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的載體所在位置的經(jīng)度λ、緯度L ； 步驟ニ、根據(jù)所確定的經(jīng)度、緯度信息以及慣導(dǎo)系統(tǒng)慣性器件的輸出進(jìn)行粗對(duì)準(zhǔn)，得到慣性測量単元姿態(tài)矩陣的近似估計(jì)值； 步驟三、使旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸按一定旋轉(zhuǎn)方案旋轉(zhuǎn)；其中，將內(nèi)環(huán)軸、夕卜環(huán)軸旋轉(zhuǎn)的角速率分別記為《P ω2 ； 步驟四、按照步驟三所確定的旋轉(zhuǎn)方案旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，利用粗對(duì)準(zhǔn)得到的姿態(tài)矩陣和慣性測量單元的陀螺實(shí)時(shí)輸出的角速度信息，以更新慣性測量単元的姿態(tài)矩陣； 步驟五、通過卡爾曼濾波完成靜基座對(duì)準(zhǔn)，具體步驟如下 ①在載體無移動(dòng)的靜基座條件下，加速度計(jì)輸出為
2.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于步驟二中，粗對(duì)準(zhǔn)的方法采用解析式粗對(duì)準(zhǔn)方法。
3.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于步驟三中，旋轉(zhuǎn)方案的選擇如下 單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方案選擇下述方案之一 a.單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)方案僅限于有導(dǎo)電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)； b.連續(xù)旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一周改變轉(zhuǎn)向； 雙軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方案選擇下述方案之一 a.內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)方案僅限于有導(dǎo)電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)； b.內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn),每旋轉(zhuǎn)一周改變轉(zhuǎn)向； c.內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸單向交替旋轉(zhuǎn),每個(gè)軸旋轉(zhuǎn)一周則停止同時(shí)開始旋轉(zhuǎn)另一軸,如此循環(huán)往復(fù)，該旋轉(zhuǎn)方案僅限于有導(dǎo)電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)； d.內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸變向交替旋轉(zhuǎn)，第一軸旋轉(zhuǎn)一周后停止，然后由第二軸旋轉(zhuǎn)一周，然后再由第一軸反向旋轉(zhuǎn)一周，然后再由第二軸反向旋轉(zhuǎn)一周，如此循環(huán)往復(fù)； e.內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸變向交替旋轉(zhuǎn)，第一軸旋轉(zhuǎn)一周后再反向旋轉(zhuǎn)一周，然后停止，然后由第二軸旋轉(zhuǎn)一周后再反向旋轉(zhuǎn)一周，如此循環(huán)往復(fù)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于步驟三中，Q1和ω2的范圍為O. 6° /s 60。/S。
5.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于步驟四中，姿態(tài)矩陣的更新采用畢卡逼近算法或龍格一庫塔算法求解矩陣微分方程的數(shù)值解，或采用四元數(shù)算法或等效旋轉(zhuǎn)矢量算法。
全文摘要
本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，為了克服現(xiàn)有的初始對(duì)準(zhǔn)方法中存在的計(jì)算量大、收斂速度和精度不理想的問題，本發(fā)明提出了一種旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法，該方法采用低階的卡爾曼濾波狀態(tài)方程模型和相應(yīng)的自對(duì)準(zhǔn)外觀測量獲取方法有效的降低了對(duì)準(zhǔn)計(jì)算過程中的計(jì)算量，此外通過旋轉(zhuǎn)IMU(慣性測量單元)優(yōu)化了卡爾曼濾波性能，從而改善了慣導(dǎo)系統(tǒng)靜基座初始對(duì)準(zhǔn)性能。
文檔編號(hào)G01C21/20GK102679978SQ201210148310
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者付夢印, 周元, 汪順亭, 王博, 鄧志紅 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)