一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法
【专利摘要】本发明属于惯性导航领域，尤其涉及一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法。本发明包括：采集无陀螺惯导系统9个加速度计的输出信号；根据GPS输出，获取当地纬度；计算当地的绝对重力值；将系统安装在静基座上，使其处于静止状态，加速度计只能敏感重力，记录此时的加速度计输出，并根据系统的线速度方程，计算重力对系统的初始误差转换矩阵；计算系统的角速度；计算重力补偿值；对系统进行重力补偿。本发明提出一种新的重力估计方法，在导航中进行重力补偿，可有效的消除重力对加速度计测量结果的影响，并且计算简单，不会对系统计算造成压力，可对系统进行实时的重力补偿。
【专利说明】一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明属于惯性导航领域，尤其涉及一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法。
【背景技术】
[0002]无陀螺惯导系统(gyro-freeinertial navigation system, GFINS), GFINS 是一种采用全加速度计实现普通惯性导航系统功能的新型导航系统，具有成本低、体积小、可靠性高、动态性能好等一系列优点。采用加速度计取代陀螺仪作为测角惯性元件的思想由来已久，由于当时惯性元件制造工艺所限，GFINS并未得到实际应用。近年来随着加速度计制造水平的不断提高，GFINS又重新得到了研究人员的重视。并且应用范围越来越广，例如在生物领域，由于GFINS体积小，可以应用在生在机器人的机械手臂上，用来测手臂的位置和旋转角度。GFINS也存在不足之处。如果系统做随机运动或几种运动结合时，由于GFINS只由加速度计组成，在测量时就无法把重力和惯性力区分开来，如果不进行重力补偿，会影响加速度计的输出，导致系统误差增大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种能够有效地提高九加速度计无陀螺惯性导航系统的精度的九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005](I)采集无陀螺惯导系统9个加速度计的输出信号；
[0006](2)根据GPS输出，获取当地纬度P;
[0007](3)计算当地的绝对重力值
[0008]
【权利要求】
1.一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于: (1)采集无陀螺惯导系统9个加速度计的输出信号； (2)根据GPS输出，获取当地纬虔V (3)计算当地的绝对重力值g = +0.051799 xsiir^) 其中，gQ = 9.78049，妒为当地纬度； (4)将系统安装在静基座上，使其处于静止状态，加速度计只能敏感重力，记录此时的加速度计输出，并根据系统的线速度方程，计算重力对系统的初始误差转换矩阵F ； (5)计算系统的角速度ωχ,COy, ωζ，获取旋转矩阵
2.根据权利要求1所述的一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于:所述步骤(1)中，采集无陀螺惯导系统9个加速度计的输出信号，9个加速度计分别为Ai,安装位置向量为Ui,敏感方向向量Qi，其中i = 1，2，…，9，加速度计的安装位置向量Ui为
U1 = [I O 0]T, U2 =[0 1 0]T, U3 = [O O 1]τ
U4 = [-1 O 0]T, U5 = [O -1 0]τ, U6 =[0 0 -1]τ
U7 = [1-1 0]τ, U8 =[10 -1]τ, U9 =[0 1 -1]τ 其中，I为安装臂长，即加速度计安装位置相对于坐标原点的距离，敏感方向向量Qi为 Θ ! = [I O 0]τ, Θ 2 = [O I 0]τ, Θ 3 = [O O 1]τ Θ 4 = [-1 O ο]τ, θ 5 = [O -1 ο]τ, θ 6 = [O O -ι]τ θ 7 = [I I O] , θ 8 = [I O I] , θ 9 = [O I I] 根据Ui, θ i和载体非质心处在载体系上的比力方程，得到9个加速度计的输出
3.根据权利要求1所述的一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于:所述步骤(4)中，将系统安装在静基座上，计算重力对系统的初始误差转换矩阵； 根据步骤(1)中的九个加速度计输出方程，获得系统质心处三个方向的线速度:
4.根据权利要求1所述的一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于，所述步骤(5)中，计算系统的角速度ωχ，coy，ωζ，获取旋转矩阵Ω 根据步骤(1)中的九个加速度计输出方程，获得系统质心处得角速度ωχ，Wy, ωζ
5.根据权利要求1所述的一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于:所述步骤(6)中，实时的重力测量值根据初始的重力值和和转换矩阵计算，旋转矩阵将惯性坐标系上的重力值转换到当前的载体坐标系上，重力补偿值为
gt>0 = Ω XFXgt<0 其中，g =Ggx gy gzJ>oo
6.根据权利要求1所述的一种九加速度计无陀螺惯导系统的重力补偿方法，其特征在于，在步骤(7)中，根据步骤(6)中计算的重力补偿值，对系统进行重力补偿，系统质心处的线速度为f，则补偿后的系统的线速度f。为
【文档编号】G01C21/16GK103900614SQ201410131245
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】周广涛, 姜鑫, 孙艳涛, 赵博, 郝勤顺, 夏秀玮, 于春阳, 赵维珩, 李佳璇, 林萌萌 申请人:哈尔滨工程大学