一种基于角增量和比力输出的划桨速度计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对惯性传感器采用角增量和比力输出的捷联惯导系统精确计算 机体速度的方法，属于捷联惯性导航技术领域。
【背景技术】
[0002] 在捷联惯导系统的算法编排中，速度计算方法具有重要作用和影响。速度计算精 度的高低，不仅直接决定了机体速度和位置的导航精度，还对下一时刻机体的姿态精度产 生影响。在速度计算中，涉及到对比力矢量的积分，在这一过程中会引入不可交换性误差。 因此在高精度的速度计算过程中，必须引入相应的不可交换补偿项以减少速度计算的误 差。目前一般做法是借鉴姿态计算里的方法，即根据对偶性原理直接套用圆锥姿态算法中 的补偿形式和补偿系数。但这种方法只适用于惯性器件，即陀螺仪和加速度计的输出为"纯 增量"（角增量和速度增量，这里的速度增量指比力积分）或"纯速率"（角速率和比力）形 式的捷联惯导系统。实际系统中陀螺仪和加速度计的输出具有多种形式。如激光陀螺仪是 角增量输出，光纤陀螺仪是角速率输出，石英振梁式加速度计是比力输出，而积分式加速度 计是速度增量输出等等。因此惯性传感器，即陀螺仪和加速度计的输出有4种组合形式：1) 角增量和速度增量；2)角速率和比力；3)角增量和比力；4)角速率和速度增量。实际应用 时应根据惯性器件的输出选择相应的速度计算形式。如果惯性传感器输出的物理量纲与算 法输入不一致，算法的实际效果会大打折扣。因此，在诸如一个由激光陀螺仪和石英振梁式 加速度计构成的高精度捷联惯导系统中，需要采用基于角增量和比力输出的速度算法计算 速度。
[0003] 根据捷联惯性导航原理，机体在tm时刻的速度Vm值由四项构成A nrl时刻机体的 速度Vnrl和方向余弦阵Cm+ (Vptm)周期内比力积分的补偿量Λ Vsfm和有害加速度补偿量 AVg/_。计算公式如下：
[0004]
【主权项】
1. 一种基于角增量和比力输出的划桨速度计算方法，其特征在于，包括以下步骤： ⑴在速度算法单次更新周期（V1, tm)内，采用N个间隔，角增量陀螺仪输出N次，比 力加速度计输出N+1次，所述的N为多2的自然数，分别对角增量陀螺仪和比力加速度计输 出采样，得到角增量输出为Δ Θ i，i = 1，2, ...，N;比力输出为fj，j = 1，2, ...N+1 ; (2) 计算单次算法更新周期（tm+O内机体的角增量Λ θπ和速度增量AVm: Δ Θ m= Δ Θ ^ Δ θ 2+. . . + Δ θ Ν? 所述的Δ 0^是（t^，〇周期内角增量的输出Δ θ ρ Δ θ ρ . . Δ ΘΝ之和， Λ Vig据比力加速度计的输出采样f」经过数字积分公式计算得到； (3) 计算旋转效应补偿值AvMtm:
(4) 计算划桨效应补偿值AVsculm:
，所述的1 = 2, ... N，I^1为划桨优化算法系数，H为 速度算法更新周期，H = tm-tm_1; (5) 计算（ty，tm)周期内比力积分的补偿值AVsfm: Δ Vsfm= Δ Vm+AVrotm+AVsculm; (6) 根据速度更新方程计算^时刻的机体速度Vm:
所述的，Vnri为t ^时刻机体速度，Cnri为t ^时刻方向余弦阵，g为重力加速度，ω ie为 地理系对惯性系的角速率，ω m为导航系对地理系的角速率。
2. 根据权利要求1所述的一种基于角增量和比力输出的划桨速度计算方法，其特征在 于，所述的划桨优化算法系数I^1的计算方法如下： 在经典划桨运动下，所述的惯性传感器的角增量输出Δ Qi和比力输出fj满足如下方 程式：
所述的b为划桨运动的角振动幅值，Ω为振动角频率，c为比力振动幅值，且I代表X 轴方向，J代表y轴方向； 根据对偶性原理，将Δ Θ JP &的方程式代>
简化后 得到
所述的划桨效应计算值
与真值
并分别将
驻行泰勒展开，合 并"ΩΗ"同类项可得：
K为划桨优化算法系数I^1构成的列向量，且
而所述的
且所述的N为划桨算法的间隔数； 根据K = f 1D,得到N个间隔下的划桨优化算法系数V1为： 〇
3.根据权利要求1所述的一种基于角增量和比力输出的划桨速度计算方法，其特征在 于，所述的数字积分公式为矩形积分公式、梯形积分公式、辛普生积分公式、牛顿-柯特斯 积分公式中的任一种。
【专利摘要】本发明公开了一种基于角增量和比力输出的划桨速度计算方法，包括：(1)在速度算法单次更新周期(tm-1，tm)内，采用N个间隔，分别对角增量陀螺仪和比力加速度计的输出采样，得到角增量输出为Δθi，i＝1，2，...，N；比力输出为fj，j＝1，2，...N+1；(2)计算单次算法更新周期(tm-1，tm)内机体的角增量Δθm和速度增量△Vm；(3)计算旋转效应补偿值ΔVrotm；(4)计算划桨效应补偿值ΔVsculm；(5)计算(tm-1，tm)周期内比力积分的补偿值ΔVsfm；(6)根据速度更新方程计算tm时刻的机体速度Vm。本发明可根据角增量陀螺仪和比力角速度计的输出直接高精度的计算出机体的速度，具有方法简单、精度高的优势。
【IPC分类】G01C19-64, G01C21-16
【公开号】CN104677356
【申请号】CN201510118855
【发明人】黄磊
【申请人】黄磊
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月16日