[发明专利]采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对高动态环境(6～2000Hz)下的捷联惯性导航测量精度的补偿处理方法，更特别地说，是指一种采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统。

背景技术

捷联惯导系统一般包括有(1)惯性组件；(2)惯性组件信号处理单元；(3)姿态计算单元；(4)导航计算单元。惯性组件由三个陀螺和三个加速度计组成。惯性组件和惯性组件信号处理单元一起被安装在一个六面形的台体内，组成惯性测量单元。安装在台体内的目的是保证惯性组件的三个测量轴相互正交。惯性测量单元通过减震器安装在载体上，用于部分消除载体振动对惯性测量单元的影响。惯性组件信号处理单元主要完成模/数转换和对信号的滤波处理；姿态计算单元用于计算载体的姿态；导航计算单元用于计算载体的速度和位置。

奇异摄动理论起源于二十世纪初prandtl对流体力学绕流问题的研究。奇异摄动理论是把高阶含快变现象的奇异摄动问题，化成低阶的慢变(忽略快变部分)的问题来求解，然后通过在不同时间尺度内引入边界层修正得到具有任意精度的解析解。奇异摄动理论适用于现实生活中普遍存在的包含快慢现象的线性、非线性奇异摄动问题以及常、偏微分方程描述的定解问题等的分析和求解。

Savage，P.G.Strapdown Inertial Navigation Integration AlgorithmDesign Part 1：Attitude Algorithms[J].Journal of Guidance，Control，andDynamics，1998，21(1)：19-28中公开了一种等效旋转矢量姿态更新算法。在本发明的以下说明中简称为文献一。

Savage，P.G.Strapdown Inertial Navigation Integration AlgorithmDesign Part 2：Velocity and Position Algorithms[J].Journal of Guidance，Control，and Dynamics，1998，21(2)：208-220中公开了一种速度更新算法。在本发明的以下说明中简称为文献二。

陈哲所著的《捷联惯导系统原理》，于1986年12第一次出版。参见P145页到P148页中公开了一种解析得到捷联矩阵的公式。在本发明的以下说明中简称为文献三。

目前，对捷联惯导系统在高动态、高精度导航的研究基本可以分为两个方向，一个强调提高硬件性能，采用高精度的光学惯性元件和高性能的信号处理器，设计高速采集装置等；另一个着重研究新的导航算法，提高在复杂环境中导航算法的精度。两者各有其特点，也各有其存在的问题。改善硬件性能可以提高惯性系统的响应速度，但对惯性系统精度的影响是有限的，且成本比较高；而新的导航算法前提条件过多，使得很难评价这类算法在工程实际中的性能。

发明内容

为了提高在6～2000Hz高动态环境下的捷联惯性导航算法的精度，本发明提出了一种采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统，该基于奇异摄动方法补偿的捷联惯导系统认为在一个采样周期T内载体运动的变化(角速度和加速度)是一种摄动过程，利用惯性元件(陀螺和加速度计)在起、始采样点的实际输出值建立强迫奇异摄动模型。根据强迫奇异摄动模型对圆锥误差、划船误差进行补偿，获得采样周期内姿态更新旋转矢量以及速度更新量，通过调节可变参数逼近准确的姿态更新量和速度更新量，从而达到提高捷联惯性系统中导航计算单元中算法精度的要求。

本发明是一种采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统，该捷联惯导系统是在惯性测量单元与姿态计算单元之间嵌入圆锥误差补偿奇异摄动模型；在惯性测量单元与导航计算单元之间嵌入划船误差补偿奇异摄动模型。惯性组件用于输出载体的角速度载体的加速度所述角速度加速度经信号处理单元进行滤波处理后输出滤波后角速度滤波后加速度滤波后角速度经圆锥误差补偿奇异摄动模型补偿后输出补偿后的角速度给姿态计算单元；姿态计算单元对接收的补偿后的角速度进行解析获得该角速度下的位姿信息并输出给导航计算单元；滤波后加速度经划船误差补偿奇异摄动模型补偿后输出补偿后的加速度给导航计算单元；导航计算单元对接收的位姿信息、补偿后的加速度进行导航解析，从而获得导航信息输出。

所述的采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统，其圆锥误差补偿奇异摄动模型

所述的采用奇异摄动方法进行圆锥误差与划船误差补偿的捷联惯导系统，其划船误差补偿奇异摄动模型

附图说明

图1是本发明基于奇异摄动补偿模型的结构框图。