一种基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法
【专利摘要】本发明属于惯性导航【技术领域】，具体涉及一种可用于提高惯性导航系统的精度的基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法。本发明包括：获得初始捷联姿态矩阵；使IMU坐标系与惯性坐标系重合；使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止；控制IMU绕地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按照次序进行转动：通过导航解算实时获得系统的导航参数。本发明所涉及的旋转方案基于惯性系，控制IMU始终相对绕惯性坐标轴按指定的角速度转动，从而可以避免在导航解算时地球自转角速度分量与器件误差耦合引起系统导航误差，从而系统精度不受地球自转角速度分量的影响。
【专利说明】一种基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于惯性导航【技术领域】，具体涉及一种可用于提高惯性导航系统的精度的基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法。
【背景技术】
[0002]在船用惯性导航系统中，对陀螺仪和加速度计的精度以及系统持续工作时间的要求都比较高，高精度的惯性导航系统要采用高性能的惯性传感器与先进的系统技术，由于工艺制造水平的限制，制造高性能的惯性传感器不仅难度大，还将提高整个惯性导航的成本，因此先进的系统技术一直以来都是高精度惯性导航的研究热点。
[0003]旋转调制技术是一种惯性器件偏差自补偿方法，该方法通过对惯性器件偏差的调制来抵消该误差项对系统的影响。目前常用的单轴旋转式捷联惯导系统和双轴旋转式捷联惯导都是基于地理坐标系的旋转，系统中总是存在陀螺刻度因数误差和安装误差与地球转速的耦合项，并且利用旋转调制无法完全消除这两项误差源对系统的影响。
[0004]要获得高精度的捷联惯导系统，必须采用先进的转位方法避免陀螺刻度因数误差和安装误差与地球转速的耦合，且系统能在一个完整的旋转调制周期内将惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)的输出误差调制为零。各坐标系的定义如下:IMU坐标系的xs、ys和zs轴分别沿IMU的三个陀螺仪；载体坐标系的xb、yb和zb轴分别沿载体的右、前、上方向；地理坐标系的Zn轴分别沿地理的东、北、天方向；惯性坐标系的Xp
分别沿地心指向两颗固定的恒星，Zi轴方向与地球自转角速度矢量的方向相同。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种避免陀螺刻度因数误差和安装误差与地球转速的耦合，且系统能在一个完整的旋转调制周期内将IMU的输出误差调制为零，从而提高系统的导航精度的基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]步骤一:将捷联惯导系统的IMU安装在转位机构上，在现有技术下对系统进行初始对准，获得初始捷联姿态矩阵(
[0008]步骤二:测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合；
[0009]步骤三:控制转位机构绕IMU坐标系的Zs轴顺时针以大小为ω ie的旋转角速度转动，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止；
[0010]步骤四:控制IMU绕地心惯性坐标系的Zi轴和yi轴按照下列次序进行转动:
[0011]a.绕Zi轴顺时针以大小为20 ο /s的旋转角速度转动360度；
[0012]b.绕Zi轴逆时针以大小为20 ο /s的旋转角速度转动360度；
[0013]c.绕yi轴顺时针以大小为20 ο /s的旋转角速度转动180度；
[0014]d.绕Zi轴顺时针以大小为20 ο /s的旋转角速度转动360度；[0015]e.绕Zi轴逆时针以大小为20 o /s的旋转角速度转动360度；
[0016]f.绕yi轴逆时针以大小为20 ο /s的旋转角速度转动180度；
[0017]所述的步骤四中，MU在绕地心惯性坐标系的Zi轴和yi轴按同定的角速度吒依次
旋转时，根据式(I)实时测量出惯性系与导航系之间的转动角速度〃
[0018]
【权利要求】
1.一种基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法，其特征在于包括下列步骤: 步骤一:将捷联惯导系统的MU安装在转位机构上，在现有技术下对系统进行初始对准，获得初始捷联姿态矩阵C 步骤二:测量初始时刻MU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合； 步骤三:控制转位机构绕IMU坐标系的Zs轴顺时针以大小为oie的旋转角速度转动，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止； 步骤四:控制MU绕地心惯性坐标系的Zi轴和Ji轴按照下列次序进行转动: a.绕Zi轴顺时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动360度； b.绕Zi轴逆时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动360度； c.绕轴顺时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动180度； d.绕Zi轴顺时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动360度； e.绕Zi轴逆时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动360度； f.绕Ii轴逆时针以大小为20ο /s的旋转角速度转动180度； 步骤五:在转台开始旋转以后，将陀螺仪和加速度计采集的数据实时的输入到导航计算机中，通过导航解算实时获得系统的导航参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法，其特征在于: 所述的步骤四中，MU在绕地心惯性坐标系的Zi轴和yi轴按固定的角速度依次旋转时，根据式(1)实时测量出惯性系与导航系之间的转动角速度<:
【文档编号】G01C21/16GK103900607SQ201410080764
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】于飞, 阮双双, 奔粤阳, 鲍桂清, 杨晓龙, 赵维珩, 李敬春 申请人:哈尔滨工程大学