专利名称：基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测量方法，尤其涉及的是一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法。
背景技术：
捷联惯性导航系统在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏，是一种自主式导航系统。捷联惯性导航系统与平台式惯性导航系统比较有两个主要的区别①省去了惯性平台，陀螺仪和加速度计直接安装在飞行器上，使系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。但陀螺仪和加速度计直接承受飞行器的振动、冲击和角运动，因而会产生附加的动态误差。这对陀螺仪和加速度计就有更高的要求。②需要用计算机对加速度计测得的飞行器加速度信号进行坐标变换，再进行导航计算得出需要的导航参数(航向、地速、航行距离和地理位置等)。
光学陀螺是一种无机械转动的固态陀螺，适用于捷联惯性导航系统。但是光学陀螺零偏是引起捷联惯性导航系统导航误差的主要因素，常规的捷联式系统方案目前尚未满足舰船惯性导航系统长时间高精度的导航需求。在惯性器件精度达到一定要求后，采用补偿惯性器件偏差的方法来进一步改善系统的性能是实现更高精度导航的一个实现途径。旋转调制技术作为一种惯性器件偏差自补偿方法，对惯性器件偏差进行调制，抵消器件偏差对系统精度的影响。旋转调制捷联惯性导航系统在捷联惯导系统的外面加上转动机构和测角装置，导航解算仍采用了捷联惯导算法，直接计算出来的是惯性测量单元(IMU)的姿态，根据IMU相对于载体的转动角度(由测角装置实时获得)得到载体的姿态信息。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种将惯性测量单元绕载体方位轴和纵摇轴连续旋转方案的捷联惯导系统误差抑制方法。本发明的技术解决方案为一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于将惯性测量单元绕不与自身重合的载体方位轴和纵摇轴连续转动，利用惯性测量单元连续转动过程中IMU坐标系与导航坐标系的相对位置关系，即可确定惯性器件常值偏差的抑制形式，其具体步骤如下(I)利用全球定位系统(GPS)确定载体初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；(2)捷联惯导系统进行预热准备后采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；(3)根据加速度计的输出与重力加速度的关系以及陀螺仪输出与地球自转角速率的关系初步确定此时MU姿态信息(纵摇角α、横摇角Υ和航向角Ψ)完成系统的初始对准，建立惯导系统的初始捷联矩阵C
权利要求
1.一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于包括以下步骤 (1)利用全球定位系统(GPS)确定载体初始位置参数，将它们装订至导航计算机中； (2)捷联惯导系统进行预热准备后采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理； (3)根据加速度计的输出与重力加速度的关系以及陀螺仪输出与地球自转角速率的关系初步确定此时MU姿态信息(纵摇角α、横摇角Υ和航向角Ψ)完成系统的初始对准，建立惯导系统的初始捷联矩阵cr cos γ cos ψ -sm γ sin a sin ψ —cosasin^/ sin γ cos ψ + cos γ sin a sin ψCns = cosy cos γ+ sin/sin a sin γ cos a cos γ sin / sin - cos γ sin a cos ψ -sin/cos asin acos/cos a (4)将三只光纤陀螺组成的陀螺测量组件安装在一个旋转机构上，旋转机构的转动轴与IMU坐标系的oys轴重合，三只陀螺的测量轴相互正交并同旋转机构的旋转轴形成相等的夹角Θ (如附图
2)。为了对三个陀螺的常值偏差进行调制，使陀螺组件绕导航坐标系oyn轴和ozn轴旋转，其中绕oyn轴旋转角速度为O1，绕ozn轴旋转角速度为ω2。加速度计组件安装位置与IMU坐标系重合，仅围绕导航坐标系的Ozn轴旋转。
(5)将惯性测量单元旋转后光纤陀螺仪和石英加速度计生成的数据转换到导航坐标系下，得到惯性器件常值偏差的调制形式 IMU坐标系与导航坐标系的相对位置关系为 cos ω2 sin ω2 OC" = - sin ω2 cos(v2t 000 I 引入陀螺组件坐标系t，根据陀螺的安装形式得到陀螺组件坐标系与MU坐标系的转换过程COS ΘCOS ΘCOS Θ Csl = sin 汐 cos 邮 sin Θ cos^t+120°) sin Θ cos^i + 240°) sin 沒 sin 邮 sin 0 sin(印+120。)sin^sin(i^i+240o) 因此得到陀螺仪常值漂移4、<、<在导航系下的表示形式 ' ki [( < =CC Sty =C; ε； _<」 !_( 其中，j = 1,2,3)为矩阵 ”中的元素。
2.根据权利要求I所述的一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于根据加速度计的输出与重力加速度的关系以及陀螺仪输出与地球自转角速率的关系初步确定此时MU姿态信息(纵摇角α、横摇角Υ和航向角Ψ)完成系统的初始对准，建立惯导系统的初始捷联矩阵
3.根据权利要求I所述的一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于将三只光纤陀螺组成的陀螺测量组件安装在一个旋转机构上，旋转机构的转动轴与MU坐标系的oys轴重合，三只陀螺的测量轴相互正交并同旋转机构的旋转轴形成相等的夹角θ(如附图2)。为了对三个陀螺的常值偏差进行调制，使陀螺组件绕导航坐标系oyn轴和οζη轴旋转，其中绕oyn轴旋转角速度为Q1，绕οζη轴旋转角速度为ω2。加速度计组件安装位置与IMU坐标系重合，仅围绕导航坐标系的Ozn轴旋转。
4.根据权利要求I所述的一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于将惯性测量单元旋转后光纤陀螺仪和石英加速度计生成的数据转换到导航坐标系下，得到惯性器件常值偏差的调制形式，具体步骤如下 IMU坐标系与导航坐标系的相对位置关系为
全文摘要
本发明提供的是一种基于双轴转动方案的捷联惯导系统误差抑制方法。利用全球定位系统(GPS)确定载体初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；捷联惯导系统进行预热准备后采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；根据加速度计的输出与重力加速度的关系以及陀螺仪输出与地球自转角速率的关系初步确定此时惯性测量单元(IMU)姿态信息完成系统的初始对准；IMU围绕方位轴和纵摇轴连续转动；将惯性测量单元旋转后光纤陀螺仪和石英加速度计生成的数据转换到导航坐标系下，得到惯性器件常值偏差的调制形式；本发明实现对三个方向上陀螺仪漂移和水平方向上加速度计零偏进行调制，提高导航定位精度。
文档编号G01C21/16GK102798399SQ20121031846
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者孙伟, 徐爱功, 高扬, 杨琳 申请人:辽宁工程技术大学