专利名称：一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测量技术，特别是涉及一种光纤陀螺捷联惯性系统获取初始航向角的方法。
背景技术：
光纤陀螺捷联惯导系统是一种自主式导航系统，采用牛顿第二定律在初始信息的基础上进行积分运算，可以连续、实时提供姿态、速度和位置信息，具有隐蔽性好，不受干扰等优点，广泛应用于军事武器系统中，而初始姿态，尤其是初始航向角的取得是整个系统的关键环节。光纤陀螺捷联惯导系统初始姿态测量的过程包括粗对准和精对准两个阶段。传统的初始姿态测量的方法能实现快速获取高精度的水平姿态角，但是初始航向角精度不够理想，在某些军事应用领域上无法满足要求，因此如何获得高精度的初始航向角成为了某些武器导航系统发展的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确保初始水平角满足精度要求的基础上，大大提高光纤陀螺捷联惯导系统初始航向角精度的方法。本发明的目的是这样实现的，它包括以下步骤步骤1、光纤陀螺捷联惯性导航系统进行预热；步骤2、利用GPS信息将舰船的初始速度参数和初始位置参数装订至舰船光纤陀螺捷联惯性导航系统导航计算机中，所述的舰船初始位置参数包括舰船的初始经度、纬度；步骤3、采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据，粗略测量出舰船的初始姿态，建立初始方向余弦矩阵Cb"；步骤4、光纤陀螺捷联惯性导航系统利用步骤2和步骤3得到的初始值，利用光纤陀螺仪输出角速度和石英加速度计输出比例进行导航递推解算，测量舰船在惯性坐标系下的速度；步骤5、以光纤陀螺捷联惯导系统测量的速度与载体真实的速度做差，并将此差值作为观测向量，采用卡尔曼滤波技术估测出计算惯性坐标系与真实惯性坐标系之间的三个姿态误差角队、A和φζ ；步骤6、利用步骤5估计出的三个姿态误差角，修正粗对准时的方向余弦矩阵 Cb1'，得到修正后的方向余弦矩阵CbS步骤7、根据方向余弦矩阵的变换关系，得到载体坐标系b到导航坐标系η的捷联矩阵Cbn，实现对准。本发明还可以包括这样一些特征1.所述的步骤5根据分析光纤陀螺捷联惯性系统处于摇摆基座下的姿态误差方程和速度误差方程，建立系统的状态方程和量测方程，设系统的状态变量为
权利要求
1.一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法，其特征是它包括以下步骤 步骤1、光纤陀螺捷联惯性导航系统进行预热；步骤2、利用GPS信息将舰船的初始速度参数和初始位置参数装订至舰船光纤陀螺捷联惯性导航系统导航计算机中，所述的舰船初始位置参数包括舰船的初始经度、纬度；步骤3、采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据，粗略测量出舰船的初始姿态，建立初始方向余弦矩阵Cb"；步骤4、光纤陀螺捷联惯性导航系统利用步骤2和步骤3得到的初始值，利用光纤陀螺仪输出角速度和石英加速度计输出比例进行导航递推解算，测量舰船在惯性坐标系下的速度；步骤5、以光纤陀螺捷联惯导系统测量的速度与载体真实的速度做差，并将此差值作为观测向量，采用卡尔曼滤波技术估测出计算惯性坐标系与真实惯性坐标系之间的三个姿态误差角^、A和φζ ；步骤6、利用步骤5估计出的三个姿态误差角，修正粗对准时的方向余弦矩阵Cb"，得到修正后的方向余弦矩阵CbS步骤7、根据方向余弦矩阵的变换关系，得到载体坐标系b到导航坐标系η的捷联矩阵 Cbn，实现对准。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法步骤， 其特征是所述的步骤5根据分析光纤陀螺捷联惯性系统处于摇摆基座下的姿态误差方程和速度误差方程，建立系统的状态方程和量测方程，设系统的状态变量为X{t) = [svx SVy SV2 φχ <py φζ εχ εγ εζ Vx Vz]由捷联惯导解算的速度和载体真实的速度之差构造的观测量为式中，δνχ、δ Vy, δ Vz为惯导解算的速度和载体真实的在三个坐标轴速度之差， 代、％和代分别是惯性坐标系与真实惯性坐标系之间的三个姿态误差角，εχ、％和、为陀螺常值漂移，Vx、▽,和Vz为加速度计零偏，6、&和为捷联惯导解算的速度，νΛ V；和V/为载体真实的速度，其中，载体的真实速度Vi可以表示为At = t2-ti; L和λ为当地纬度和经度，ω 为地球自转角速度，g为重力加速度，则捷联系统初始姿态测量的状态方程和量测方程可写成\x{t) = A(t)X{t) + G(t)W{t) [Z (t) = H ( X ( + ν ( 其中，冲)二O3X3-U'x)03x3C1bI'CbO3x3O3X3OmO3X3O3X3CbO3x3O3X3-C1bO3X3O3x3O3X3O3X303x3O3X3O3X3OmO3x3O3x3O3,3O3x303x3O3x3j_03χ3O3X3O3X3O3X3"10 00 00 00 000 0H ( =01 00 00 00 000 000 10 00 00 000 0ff(t)为系统的噪声矢量，V(t)为观测噪声矢量，式中，0gsinl-g cos L sin (λ + miet)g'x 二-gsinZ0g cos I cos (1+g cos Z sin (2 +ω,/) -gcosLcos{λ + ωιet)0'CnQ 2〔13"O00"Cb =^21CC’ O3X3 =000Q 2〔33_000
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法步骤，其特征是所述的步骤6修正后的方向余弦矩阵C1/为Cti — CliCi式中Ci, 1为由估计出的三个姿态误差角表示的反对称矩阵1-ΨζfPyC；=φ,1-φ,,-cPyφ,1
4.根据权利要求1或2所述的一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法步骤，其特征是所述的步骤7载体坐标系b到导航坐标系η的捷联矩阵Cbn为c: = qcb-sin(iy,/)cos—,./)O式中，C," = -SinZcos(^z) -SinlSin(^z) cosZ cos Z cos ( ^) cos I sin ( /) sin Z系之间的方向余弦矩阵Cbn可测量出舰船准确的初始姿态角，初始姿态角的主值为C； (12) 由舰船载体坐标系与导航坐标C (22)〉ψ生=arcsin Cnh (32) C;(31)没主一(-赫(3)其中航向角H定义域为(0°，360° )； 纵摇角Ψ定义域为(-90°，90° )； 横摇角θ的定义域为(-90°，90° )； 则初始姿态角测量值为
5.根据权利要求4所述的一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法步骤， 其特征是所述的步骤7中修正后的方向余弦矩阵C1/为Ci 一 r] Ci式中Ci, i为由估计出的三个姿态误差角表示的反对称矩阵
全文摘要
一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法，其特征是通过滤波处理和补偿从加速度计中提取出重力加速度信息，将地球重力矢量投影到惯性坐标系下，其投影分量包含了地球自转角速度的信息，以惯性坐标系中的地球重力矢量为参考信息，利用陀螺和加速度计的输出，估计出初始姿态角，本发明的优点在于在确保初始水平角满足精度要求的基础上，大大提高了光纤陀螺捷联惯导系统初始航向角的精度。
文档编号G01C21/16GK102486377SQ200910073220
公开日2012年6月6日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者于强, 吴磊, 周广涛, 孙枫, 张鑫, 徐博, 曹通, 王慧, 陈世同, 高洪涛 申请人:哈尔滨工程大学