一种单轴调制激光陀螺惯性导航系统多坐标系标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于单轴调制激光惯性导航技术领域，具体涉及一种单轴调制激光陀螺惯 性导航系统多坐标系标定方法。
【背景技术】
[0002] 惯性导航系统是利用惯性敏感元件测量载体相对于惯性空间的线运动和角运动 参数，在给定的运动初始条件下根据牛顿运动定律，推算载体的瞬时速度和位置，一般还可 以获得载体的姿态信息。
[0003] 惯导系统属于自主导航，具备其他导航系统不具备的诸多优点，在导航过程中，无 需依赖任何外部信息，只需依赖自身陀螺仪和加速度计这两种惯性仪表，便可完成自主导 航。其可以连续提供运载体的位置、速度、姿态等全部导航参数，并且具有很高的短时精度 和稳定性，隐蔽性强、全天候、不受地域限制和不易受人为外界干扰等突出优点，因而被广 泛应用于航天、航空及航海等领域。
[0004] 激光陀螺惯性导航系统具有重量轻、结构简单、可靠性高等优点，能自主地提供载 体的位置、速度和姿态等信息，是舰船安全航行的保障。对于单轴调制激光陀螺惯性导航系 统，在正常导航解算得到惯性测量组件（MU)的姿态后必须扣除调制轴测角值为零位置的 MU姿态，然而该姿态不可直接送给舰上用户，必须将惯性导航系统坐标系和舰上用户坐标 系进行统一标定。
[0005] 舰载雷达、光电等探测系统的正常工作都需要精确的舰船姿态信息，而舰船姿态 信息一般都是由舰载惯导系统提供。这些舰上用户在使用惯导系统提供的姿态信息之前必 须将二者的坐标系进行统一标定。
[0006] 为方便激光惯导系统上舰后其坐标系和舰上用户坐标系的统一标定工作，激光惯 导的惯性装置上设置水平基面、方位镜等标校工装，作为本设备测量坐标系的物理复现，并 采用相应的标定方法给出本设备测量坐标系与舰艇甲板坐标系之间安装误差矢量角。所以 在上舰之前应进行相应的标定工作，实现激光惯导系统坐标系和标校工装坐标系的统一。 同时当作为激光惯导系统的核心部件MU出现不可修复故障时，必须在现场进行快速更 换。采用传统的光学方法对更换后的MU进行标定，需要耗费较长时间。由于舰上环境恶 劣、空间狭小、舰船处于摇摆状态，这些使得重新安装MU后在舰上进行坐标系统一标定变 得极为困难，导致惯性装置不能及时恢复工作，影响设备正常使用。
【发明内容】
[0007] 本发明为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种实现单轴调制激光陀 螺惯性导航系统坐标系和惯性装置上设置的水平基面、方位镜等标校工装坐标系的统一标 定的方法，避免更换IMU后再次采用光学的方法进行标定。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单轴调制激光陀螺惯性导航系 统多坐标系标定方法，包括以下步骤：a)、系统上电启动后进入准备阶段，确定頂U安装基 面姿态；b)、录取导航原始数据；c)、标校软件读取原始数据进行姿态转换欧拉角计算；d)、 大理石标校完成；e)、方位镜标校准备；f)、确定惯导水平基面和方位镜法线方向；g)、录 取导航原始数据；h)、标校软件读取原始数据进行姿态转换欧拉角计算；i)、方位镜标校完 成。
[0009] 所述的一种单轴调制激光陀螺惯性导航系统多坐标系标定方法，其步骤a)至步 骤d)中大理石标校的具体步骤为：
[0010] 将頂U通过高精度快速定位系统与其底部安装基面固连，同时通过差分电子水平 仪将大理石平台调水平，保证IMU安装基面和大理石平台台面的平行度，然后通过陀螺经 炜仪来确定标校镜的航向HM，通过上位机录取三个半小时导航原始数据，开始录数时刻确 保标校镜法线方向正对着陀螺经炜仪，每半小时将頂U航向变化180度以增强在对准时 Kalman滤波器对航向的观测性，最后半小时应该确保标校镜的法线方向正对着陀螺经炜 仪；
[0011] 待原始数据录取完毕后通过导航仿真软件读取导航原始数据进行导航解算，得到 MU当前姿态角度：纵摇为P:，横摇为&，航向为托，进而得到頂U当前姿态和頂U安装基面 姿态之间的姿态转换欧拉角。
[0012] 所述的一种单轴调制激光陀螺惯性导航系统多坐标系标定方法，其IMU当前姿态 和IMU安装基面姿态之间的姿态转换欧拉角的计算流程如下：
[0013](1)、计算关于航向第一次转换的欧拉角deltH1:
[0014] deltH^
[0015]
>对导航解算得到MU姿态矩 阵进行一次转换；
[0016](2)、由姿态转换矩阵得到转换后的頂U姿态角：纵摇为Pi，横摇为&，航向为氏，计 算关于纵摇第一次转换的欧拉角deltP1:
[0017] deltP^-P!
[0018]
对导航解算得到的姿态矩阵 进行一次转换；
[0019](3)、由姿态转换矩阵得到转换后的頂U姿态角：纵摇为P2，横摇为私，航向为氏，计 算关于横摇第一次转换的欧拉角deltR2:
[0020] deltR2=_R2
[0021]
对导航解算得到的姿态矩阵 进行一次转换；
[0022](4)、经过以上三次姿态转换后得到頂U三个姿态角为：纵摇为P3，横摇为R3，航向 为H3,令deltH3=HM_H3、deltP3=-P3、deltR3=-R3,若deltH3、deltP3、deltR3的绝对值均 小于0.003度，那么表示大理石标校成功，否则重复进行（1)、（2)、（3)中的操作，直到满足 条件停止标校。
[0023] 所述的一种单轴调制激光陀螺惯性导航系统多坐标系标定方法，其步骤e)至步 骤i)中的方位镜标校的具体步骤为：
[0024] 将頂U通过高精度快速定位系统安装于单轴调制激光陀螺惯性导航系统调制转 台的安装基面上，将惯导系统水平基面通过差分电子水平仪以及千斤顶进行调平，在进行 调平后通过陀螺经炜仪确定被安装于惯导系统上的方位镜法线与真北的夹角Hf，之后由 上位机录取不少于7个小时的惯导系统导航原始数据，原始数据录取完毕后通过导航仿真 软件读取导航原始数据进行导航解算，得到MU在调制转台测角为零时刻的姿态：纵摇为 PINS，横摇为RINS，航向为HINS，进而得到惯导系统姿态和惯导系统水平基面姿态角、方位镜之 间的姿态转换欧拉角。
[0025] 所述的一种单轴调制激光陀螺惯性导航系统多坐标系标定方法，其惯导系统姿态 和惯导系统水平基面姿态角、方位镜之间的姿态转换欧拉角的计算流程如下：
[0026](1)、计算关于航向第一次转换的欧拉角deltH1:
[0027] deltH^Hf-HINS
[0028]
，对导航解算得到的姿态矩阵 进行一次转换；
[0029](2)、由姿态转换矩阵得到转换后的頂U姿态角：纵摇为Pi，横摇为&，航向为氏，计 算关于纵摇第一次转换的欧拉角deltP1:
[0030] deltP^-Pi
[0031]
，对导航解算得到的姿态矩阵 进行一次转换；
[0032](3)、由姿态转换矩阵得到转换后的頂U姿态角：纵摇为P2，横摇为私，航向为氏，计 算关于横摇第一次转换的欧拉角deltR2:
[0033] deltR2=_R2
[0034]
，对导航解算得到的姿态矩阵 进行一次转换；
[0035](4)、经过以上三次姿态转换后得到頂U三个姿态角为：纵摇为P3，横摇为R3，航向 为H3,令deltH3=Hf_H3、deltP3=-P3、deltR3=-R3,若deltH3、deltP3、deltR3的绝对值均 小于0.003度，那么表示大理石标校成功，否则重复进行（1)、（2)、（3)中的操作，直到满足 条件停止标校。
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