一種基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可用于提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度的基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法。本發(fā)明包括：獲得初始捷聯(lián)姿態(tài)矩陣；使IMU坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合；使IMU坐標(biāo)系與地心慣性系保持相對(duì)靜止；控制IMU繞地心慣性坐標(biāo)系的zi軸和yi軸按照次序進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)：通過導(dǎo)航解算實(shí)時(shí)獲得系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)。本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)方案基于慣性系，控制IMU始終相對(duì)繞慣性坐標(biāo)軸按指定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以避免在導(dǎo)航解算時(shí)地球自轉(zhuǎn)角速度分量與器件誤差耦合引起系統(tǒng)導(dǎo)航誤差，從而系統(tǒng)精度不受地球自轉(zhuǎn)角速度分量的影響。
【專利說明】一種基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可用于提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度的基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的精度以及系統(tǒng)持續(xù)工作時(shí)間的要求都比較高，高精度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)要采用高性能的慣性傳感器與先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)，由于工藝制造水平的限制，制造高性能的慣性傳感器不僅難度大，還將提高整個(gè)慣性導(dǎo)航的成本，因此先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)一直以來都是高精度慣性導(dǎo)航的研究熱點(diǎn)。
[0003]旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)是一種慣性器件偏差自補(bǔ)償方法，該方法通過對(duì)慣性器件偏差的調(diào)制來抵消該誤差項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)的影響。目前常用的單軸旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)和雙軸旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)都是基于地理坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中總是存在陀螺刻度因數(shù)誤差和安裝誤差與地球轉(zhuǎn)速的耦合項(xiàng)，并且利用旋轉(zhuǎn)調(diào)制無法完全消除這兩項(xiàng)誤差源對(duì)系統(tǒng)的影響。
[0004]要獲得高精度的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，必須采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)位方法避免陀螺刻度因數(shù)誤差和安裝誤差與地球轉(zhuǎn)速的耦合，且系統(tǒng)能在一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)調(diào)制周期內(nèi)將慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)的輸出誤差調(diào)制為零。各坐標(biāo)系的定義如下:IMU坐標(biāo)系的xs、ys和zs軸分別沿IMU的三個(gè)陀螺儀；載體坐標(biāo)系的xb、yb和zb軸分別沿載體的右、前、上方向；地理坐標(biāo)系的Zn軸分別沿地理的東、北、天方向；慣性坐標(biāo)系的Xp
分別沿地心指向兩顆固定的恒星，Zi軸方向與地球自轉(zhuǎn)角速度矢量的方向相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種避免陀螺刻度因數(shù)誤差和安裝誤差與地球轉(zhuǎn)速的耦合，且系統(tǒng)能在一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)調(diào)制周期內(nèi)將IMU的輸出誤差調(diào)制為零，從而提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度的基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]步驟一:將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的IMU安裝在轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上，在現(xiàn)有技術(shù)下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，獲得初始捷聯(lián)姿態(tài)矩陣(
[0008]步驟二:測(cè)量初始時(shí)刻IMU坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)角，控制轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)IMU按照測(cè)量出的姿態(tài)角逐次轉(zhuǎn)動(dòng)，使IMU坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合；
[0009]步驟三:控制轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)繞IMU坐標(biāo)系的Zs軸順時(shí)針以大小為ω ie的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使IMU坐標(biāo)系與地心慣性系保持相對(duì)靜止；
[0010]步驟四:控制IMU繞地心慣性坐標(biāo)系的Zi軸和yi軸按照下列次序進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng):
[0011]a.繞Zi軸順時(shí)針以大小為20 ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度；
[0012]b.繞Zi軸逆時(shí)針以大小為20 ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度；
[0013]c.繞yi軸順時(shí)針以大小為20 ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)180度；
[0014]d.繞Zi軸順時(shí)針以大小為20 ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度；[0015]e.繞Zi軸逆時(shí)針以大小為20 o /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度；
[0016]f.繞yi軸逆時(shí)針以大小為20 ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)180度；
[0017]所述的步驟四中，MU在繞地心慣性坐標(biāo)系的Zi軸和yi軸按同定的角速度吒依次
旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)式(I)實(shí)時(shí)測(cè)量出慣性系與導(dǎo)航系之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度〃
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法，其特征在于包括下列步驟: 步驟一:將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的MU安裝在轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上，在現(xiàn)有技術(shù)下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，獲得初始捷聯(lián)姿態(tài)矩陣C 步驟二:測(cè)量初始時(shí)刻MU坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)角，控制轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)IMU按照測(cè)量出的姿態(tài)角逐次轉(zhuǎn)動(dòng)，使IMU坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合； 步驟三:控制轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)繞IMU坐標(biāo)系的Zs軸順時(shí)針以大小為oie的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使IMU坐標(biāo)系與地心慣性系保持相對(duì)靜止； 步驟四:控制MU繞地心慣性坐標(biāo)系的Zi軸和Ji軸按照下列次序進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng): a.繞Zi軸順時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度； b.繞Zi軸逆時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度； c.繞軸順時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)180度； d.繞Zi軸順時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度； e.繞Zi軸逆時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)360度； f.繞Ii軸逆時(shí)針以大小為20ο /s的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)180度； 步驟五:在轉(zhuǎn)臺(tái)開始旋轉(zhuǎn)以后，將陀螺儀和加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的輸入到導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中，通過導(dǎo)航解算實(shí)時(shí)獲得系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于慣性系的旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)位方法，其特征在于: 所述的步驟四中，MU在繞地心慣性坐標(biāo)系的Zi軸和yi軸按固定的角速度依次旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)式(1)實(shí)時(shí)測(cè)量出慣性系與導(dǎo)航系之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度<:

【文檔編號(hào)】G01C21/16GK103900607SQ201410080764
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】于飛, 阮雙雙, 奔粵陽, 鮑桂清, 楊曉龍, 趙維珩, 李敬春 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)