本發(fā)明涉及一種慣性
技術(shù)領(lǐng)域：
中帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)渦動(dòng)補(bǔ)償方法，適用于帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，具體涉及一種基于陀螺數(shù)據(jù)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)渦動(dòng)補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
：旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)是一種有效抑制器件常值漂移對(duì)導(dǎo)航精度的影響方法。以連續(xù)旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為例，它可以將與旋轉(zhuǎn)軸垂直方向的兩個(gè)陀螺的常值漂移在載體系下的投影調(diào)制成均值為零的正余弦變化量，從而大幅減小導(dǎo)航誤差的發(fā)散，提高導(dǎo)航精度。旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)被廣泛用于新一代慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，主要包括旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣導(dǎo)系統(tǒng)和混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明中，統(tǒng)稱為帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)。在本發(fā)明涉及的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)中，主要用到了三個(gè)坐標(biāo)系，下面給出其定義：慣性測(cè)量單元系(s系)：正交坐標(biāo)系，zs指向電機(jī)軸向，xs指向x陀螺敏感方向，ys與xs、zs構(gòu)成右手正交系。載體系(b系)：正交坐標(biāo)系，xb、yb、zb分別指向載體“右前上”方向。導(dǎo)航坐標(biāo)系(n系)：當(dāng)?shù)貣|北天坐標(biāo)系。其中，s系與b系關(guān)系如公式(5)。Cbs=cos(ψ)sin(ψ)0-sin(ψ)cos(ψ)0001---(5)]]>其中ψ為測(cè)角結(jié)構(gòu)得到的框架角度，當(dāng)ψ＝0時(shí)，s系與b系重合。慣性測(cè)量單元通過(guò)導(dǎo)航解算可以得到其自身相對(duì)于地理系的姿態(tài)再配合由測(cè)角機(jī)構(gòu)得到的s系相對(duì)于b系的姿態(tài)即可得到載體姿態(tài)具體公式如(6)。Cbn=Csn·Cbs---(6)]]>在實(shí)際系統(tǒng)中，由于安裝間隙等原因，IMU除了繞框架正反旋轉(zhuǎn)以外，還會(huì)存在繞其他方向的軸系渦動(dòng)，這導(dǎo)致不能完全反映s系相對(duì)于b系的姿態(tài)，從而導(dǎo)致載體姿態(tài)存在旋轉(zhuǎn)周期的震蕩，極大地影響載體姿態(tài)輸出精度。同一慣導(dǎo)系統(tǒng)，在旋轉(zhuǎn)調(diào)制模式下和捷聯(lián)模式下載體姿態(tài)輸出對(duì)比如附圖2所示。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出一種基于陀螺數(shù)據(jù)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)渦動(dòng)補(bǔ)償方法，有效補(bǔ)償帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)中存在的IMU渦動(dòng)，大幅提高了載體姿態(tài)輸出精度。將水平陀螺數(shù)據(jù)扣除已知的交叉敏感項(xiàng)、地球自轉(zhuǎn)分量及常值漂移，剩下的即為渦動(dòng)帶來(lái)的陀螺敏感項(xiàng)；對(duì)剩余量進(jìn)行建模分析，并建立渦動(dòng)參數(shù)與其帶來(lái)的陀螺敏感量之間的關(guān)系，得到渦動(dòng)參數(shù)，據(jù)此對(duì)載體姿態(tài)輸出進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種基于陀螺數(shù)據(jù)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)渦動(dòng)補(bǔ)償方法，步驟如下：步驟(1)、采集水平陀螺原始數(shù)據(jù)，并扣除交叉敏感項(xiàng)、地球自轉(zhuǎn)分量及陀螺常值漂移，得到因渦動(dòng)帶來(lái)的陀螺敏感量；步驟(2)、對(duì)步驟(1)得到的量進(jìn)行積分，并對(duì)積分量進(jìn)行擬合；步驟(3)、建立渦動(dòng)與渦動(dòng)引起的陀螺敏感量之間的微分方程，解微分方程，得到渦動(dòng)參數(shù)；步驟(4)、利用渦動(dòng)參數(shù)對(duì)載體姿態(tài)更新算法進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)一步的，步驟(2)中所述對(duì)積分量所進(jìn)行的傅里葉擬合采用二階模型。具體模型如下：∫ωx‾=Ax0+Ax1cosωt+Bx1sinωt+Ax2cos2ωt+Bx2sin2ωt∫ωy‾=Ay0+Ay1cosωt+By1sinωt+Ay2cos2ωt+By2sin2ωt---(7)]]>其中和為步驟(1)得到的因渦動(dòng)引起的陀螺敏感量，ω為旋轉(zhuǎn)調(diào)制的角速度，t為時(shí)間。進(jìn)一步的，步驟(3)中所述建立的渦動(dòng)與渦動(dòng)引起的陀螺敏感量之間的微分方程如公式(8)。ωx‾=θ·y-ω·θxωy‾=θ·x+ω·θy---(8)]]>其中θx為繞ys軸方向的渦動(dòng)角度，θy為繞xs軸方向的渦動(dòng)角度，分別為其微分量。進(jìn)一步的，步驟(3)中所述解微分方程，采用的是系數(shù)匹配的方法。即假設(shè)渦動(dòng)的描述式如下：θx=x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωtθy=y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt---(9)]]>根據(jù)渦動(dòng)與陀螺敏感量之間的關(guān)系，得到如下公式：-Ax1ωsinωt+Bx1ωcosωt-2Ax2ωsin2ωt+2Bx2ωcos2ωt=-y1ωsinωt+y2ωcosωt-2y3ωsin2ωt+2y4ωcos2ωt-ω(x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωt)-Ay1ωsinωt+By1ωcosωt-2Ay2ωsin2ωt+2By2ωcos2ωt=-x1ωsinωt+x2ωcosωt-2x3ωsin2ωt+2x4ωcos2ωt+ω(y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt)---(10)]]>根據(jù)各項(xiàng)分量的系數(shù)相等，可解出渦動(dòng)參數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)、本發(fā)明從陀螺原始數(shù)據(jù)入手，能夠?qū)u動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確建模，擬合殘差??；(2)、本發(fā)明的渦動(dòng)補(bǔ)償方法，僅僅對(duì)載體姿態(tài)輸出進(jìn)行修正，不會(huì)帶來(lái)其他的導(dǎo)航誤差；(3)、本發(fā)明的對(duì)渦動(dòng)的分析，揭示了渦動(dòng)的具體運(yùn)動(dòng)形式；(4)、本發(fā)明的對(duì)載體姿態(tài)輸出精度的補(bǔ)償算法，可滿足系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)性需求，提高在線導(dǎo)航載體姿態(tài)輸出精度。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2為系統(tǒng)工作在捷聯(lián)模式和旋轉(zhuǎn)模式時(shí)的載體水平姿態(tài)輸出對(duì)比；圖3為x陀螺敏感量積分?jǐn)M合曲線和殘差；圖4為y陀螺敏感量積分?jǐn)M合曲線和殘差；圖5為補(bǔ)償前后載體水平姿態(tài)輸出對(duì)比。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例，詳細(xì)介紹本發(fā)明方法。如圖1所示，本發(fā)明提出一種基于陀螺數(shù)據(jù)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣導(dǎo)系統(tǒng)渦動(dòng)補(bǔ)償方法，步驟如下：(1)、采集水平陀螺原始數(shù)據(jù)，并按公式(11)扣除交叉敏感項(xiàng)、地球自轉(zhuǎn)分量及陀螺常值漂移，得到因渦動(dòng)帶來(lái)的陀螺敏感量；其中，ωx、ωy、ωz為陀螺原始輸出，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度，L為緯度，為測(cè)角機(jī)構(gòu)輸出，εx、εy分別為x、y陀螺常值漂移，為陀螺安裝誤差角。(2)、對(duì)步驟(1)得到的量進(jìn)行積分，并對(duì)積分量進(jìn)行傅里葉擬合，擬合模型如公式(12)所示：∫ωx‾=Ax0+Ax1cosωt+Bx1sinωt+Ax2cos2ωt+Bx2sin2ωt∫ωy‾=Ay0+Ay1cosωt+By1sinωt+Ay2cos2ωt+By2sin2ωt---(12)]]>其中，ω為旋轉(zhuǎn)調(diào)制角速度，t為時(shí)間，擬合曲線和殘差如圖3、圖4所示，擬合結(jié)果如表1所示。表1擬合結(jié)果(3)、建立渦動(dòng)與渦動(dòng)引起的陀螺敏感量之間的微分，如公式(14)。ωx‾=θ·y-ω·θxωy‾=θ·x+ω·θy---(14)]]>其中θx為繞ys軸方向的渦動(dòng)角度，θy為繞xs軸方向的渦動(dòng)角度，分別為其微分量。結(jié)合公式(13)和(14)，可以得到公式(15)如下。θ·y-ω·θx=-Ax1ωsinωt+Bx1ωcosωt-2Ax2ωsin2ωt+2Bx2ωcos2ωtθ·x+ω·θy=-Ay1ωsinωt+By1ωcosωt-2Ay2ωsin2ωt+2By2ωcos2ωt---(15)]]>不妨設(shè)：θx=x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωtθy=y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt---(16)]]>可以得到：-Ax1ωsinωt+Bx1ωcosωt-2Ax2ωsin2ωt+2Bx2ωcos2ωt=-y1ωsinωt+y2ωcosωt-2y3ωsin2ωt+2y4ωcos2ωt-ω(x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωt)-Ay1ωsinωt+By1ωcosωt-2Ay2ωsin2ωt+2By2ωcos2ωt=-x1ωsinωt+x2ωcosωt-2x3ωsin2ωt+2x4ωcos2ωt+ω(y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt)---(17)]]>根據(jù)各個(gè)分量系數(shù)相等，可以得到如下方程組：y2-x1=Bx1-y1-x2=-Ax12y4-x3=2Bx2-2y3-x4=-2Ax2x2+y1=By1-x1+y2=-Ay12x4+y3=2By2-2x3+y4=-2Ay2---(18)]]>其中第一個(gè)方程與第六個(gè)方程等價(jià)，結(jié)合這兩個(gè)方程，得到：y2-x1=Bx1-Ay12---(19)]]>可以發(fā)現(xiàn)，渦動(dòng)參數(shù)中，y2與x1是等價(jià)的，所以不妨設(shè)x1＝0，則同理可以處理y1和x2。據(jù)此得到的渦動(dòng)參數(shù)如表2。表2渦動(dòng)參數(shù)(4)、利用渦動(dòng)參數(shù)對(duì)載體姿態(tài)更新算法進(jìn)行補(bǔ)償。渦動(dòng)參數(shù)揭示的是真實(shí)敏感軸系(s'系)與理想的敏感軸系(s系)之間的關(guān)系，且θx和θy都是小量，則可以依據(jù)公式(20)得到真實(shí)敏感軸系與理想敏感軸系之間的轉(zhuǎn)換矩陣Css′=10-θx010θx01·10001θy0-θy1=10-θx01θyθx-θy1---(20)]]>用對(duì)公式(6)姿態(tài)更新算法進(jìn)行補(bǔ)償，則可以得到載體姿態(tài)更新公式如公式(21)。Cbn=Cs′n·Css′·Cbs---(21)]]>補(bǔ)償前后的載體水平姿態(tài)對(duì)比如附圖5所示，補(bǔ)償前水平姿態(tài)上存在峰峰值約60″的旋轉(zhuǎn)周期震蕩，補(bǔ)償后，震蕩峰峰值小于10″，大幅提高水平姿態(tài)精度。本發(fā)明未詳細(xì)公開(kāi)的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3