[发明专利]微型捷联惯性测量系统的零速校正方法

权利要求书

1.一种微型捷联惯性测量系统的零速校正方法，其特征是：

步骤1：通过外部设备确定载体的初始位置参数与初始速度值；

步骤2：微型捷联惯性测量系统进行初始对准，确定载体相对导航坐标系n系的初始姿态，得到姿态四元数的初始值；

步骤3：载体按照预先设定的路径进行机动，在更新周期H＝t_m-t_m-1内，采集微型陀螺输出的载体相对于惯性坐标系的角速度ω、微型加速度计输出的载体相对于惯性坐标系的比力f^b；

步骤4：利用步骤3中微型陀螺输出的载体相对于惯性坐标系的角速度ω进行捷联姿态更新，得到载体坐标系b系相对于导航坐标系n系的捷联矩阵T；

步骤5：利用步骤3获得的载体相对于惯性坐标系的比力f^b、步骤4中捷联矩阵T进行速度更新，得到载体的速度值；

步骤6：载体在预先设定的第一个停车时间点t₁停车，此时载体的真实速度为零，微型捷联惯性测量系统的速度输出值即为速度误差δV₁；

步骤7：重复步骤6的过程，在每个停车时间点记录微型捷联惯性测量系统的速度误差，要求停车时间点的个数为三个以上；

步骤8：对量测数据的噪声进行平滑，引入曲线拟合技术，把三个以上停车点的速度误差作为观测量，

δV₁＝a+bcos(υt₁)+csin(υt₁)

δV₂＝a+bcos(υt₂)+csin(υt₂)                       (1)

  .              .

  .              .

  .              .

δV_n＝a+bcos(υt_n)+c sin(υt_n)

其中表示舒拉频率，a，b，c为待定系数，将式(1)写成矩阵的形式为

Z=GX^---(2)]]>

其中

X^=abcT,]]>Z＝[δV₁ δV₂ … δV_n]^T，

G=1cos(υt1)sin(υt1)1cos(υt2)sin(υt2).........1cos(υtn)sin(υtn);]]>

步骤9：利用最小二乘的方法计算出曲线的系数

X^=abcT=(GTG)-1GTZ---(3)]]>

从而拟合出速度误差的曲线方程

δV(t)＝a+bcosυt+csinυt；            (4)

步骤10：在时间段[0，t_n]内积分速度误差的曲线方程式δV(t)＝a+bcosυt+csinυt得到位置误差修正值，最后与微型捷联惯性测量系统的位置输出值求差后得到修正后的位置坐标：纬度L和经度λ，

L=L~-∫0tnδV(t)dtR---(5)]]>

λ=λ~-∫0tnδV(t)dtRcosL]]>

其中R为地球半径；

所述步骤4中，计算获得载体坐标系b系相对于导航坐标系n系的捷联矩阵T的过程为：

步骤4a：利用步骤3中得到的载体相对于惯性坐标系的角速度ω计算旋转矢量的增量Δφ，

Δφ＝ωH；             (6)

步骤4b：由旋转矢量与姿态四元数的关系，得到更新周期H内姿态更新四元数q(H)，

其中为旋转矢量增量的模，

步骤4c：由姿态四元数更新方程更新姿态四元数

Q(tm)=Q(tm-1)⊗q(H)---(8)]]>

其中姿态更新四元数q(H)由步骤4b求得，Q(t_m)、Q(t_m-1)分别表示载体在t_m、t_m-1时刻的姿态四元数；

步骤4d：利用步骤4c获得的t_m时刻姿态四元数Q(t_m)＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T计算载体坐标系b系相对于导航坐标系n系的捷联矩阵T，

T=T11T12T13T21T22T23T31T32T33=q02+q12-q22-q322(q1q2-q0q3)2(q1q3+q0q2)2(q1q2+q0q3)q02-q12+q22+q322(q2q3-q0q1)2(q1q3-q0q2)2(q2q3+q0q1)q02-q12-q22+q32---(9);]]>

所述步骤5中，获得载体的速度值的过程为：

步骤5a：利用步骤3获得的载体相对于惯性坐标系的比力f^b与步骤4d获得的捷联矩阵T求得f^b在导航坐标系n系上的投影fⁿ

fⁿ＝Tf^b；                 (10)

步骤5b：通过更新周期的初始时刻速度值V(t_m-1)，纬度位置值L(t_m-1)计算载体的牵连角速度ω_en

ωenx=-Vy(tm-1)R]]>

ωeny=Vx(tm-1)R---(11)]]>

ωenz=Vx(tm-1)RtanL(tm-1)]]>

与地球自转角速度ω_ie

ωiex=0]]>

ωiey=ΩcosL(tm-1)---(12)]]>

ωiez=ΩsinL(tm-1)]]>

其中R为地球半径，Ω为地球的转速7.27×10^-5/s；

步骤5c：利用步骤5a获得的载体相对于惯性坐标系的比力在导航坐标系n系上的投影fⁿ，步骤5b获得的载体的牵连角速度ω_en与地球自转角速度ω_ie得到速度的更新值

Vx(H)=[fxn+(2ωiez+ωenz)Vy(tm-1)-(2ωiey+ωeny)Vz(tm-1)]H]]>

Vy(H)=[fyn-(2ωiez+ωenz)Vx(tm-1)-(2ωiex+ωenx)Vz(tm-1)]H;---(13)]]>

Vz(H)=[fzn+(2ωiey+ωeny)Vx(tm-1)-(2ωiex+ωenx)Vy(tm-1)-g]H]]>

步骤5d：利用步骤5c获得的速度的更新值更新计算t_m时刻的速度

V(tm)=Vx(tm)Vy(tm)Vz(tm)=Vx(tm-1)+Vx(H)Vy(tm-1)+Vy(H)Vz(tm-1)+Vz(H)---(14)]]>

更新周期的终止时刻的速度值V(t_m)作为下一个更新周期初始时刻的速度值，重复步骤5a到步骤5d的过程，完成对于载体的速度值的更新。