[发明专利]一种单轴旋转的捷联惯导系统初始对准方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，特别是涉及一种单轴旋转的捷联惯性导航系统的初始姿态确定方法。

(二)背景技术

旋转式捷联惯性导航系统是一种完全自主的导航系统，利用陀螺仪和加速度计测量惯性测量单元(IMU)相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定初始条件下，结合转动机构提供的IMU相对载体的角度值，由计算机进行积分运算，连续、实时地提供位置、速度和姿态信息。由于旋转式捷联惯性导航系统完全依靠自身的惯性元件，不依靠任何外界信息测量导航参数，因此，它具有隐蔽性好，不受气候条件限制，不受干扰等优点，是一种完全自主式、全天候的导航系统，已广泛应用于航空、航天、航海等领域。初始对准误差是导致惯导系统导航精度难以提高的主要因素，初始对准误差对系统的影响不仅表现在载体姿态测量输出上，而且表现在速度和位置的测量输出上。因此在旋转捷联惯导系统进入导航状态前，必须首先完成初始对准过程。

根据不同基座的运动状态，初始对准又可以分为静基座对准和动基座对准。动基座对准是指在载体机动或存在外界扰动的条件下，捷联惯导系统完成初始对准。动基座对准常常需要外部信息，对系统的状态变量进行估计，并在滤波稳定后进行姿态修正。静基座对准是指载体在静止的条件下，捷联惯性系统进行初始对准。

通过分析捷联惯导系统的误差特性可以知道，系统初始对准的难点与重点是方位失准角的估计。为了提高方位失准角的估计精度及收敛速度，重要的就是要提高方位失准角的可观测度，而方位失准角的可观测度与东向陀螺漂移是密切相关的。由于载体静止的条件下进行以速度为观测量的组合对准，系统可观测度不高，特别是地理坐标系下东向陀螺漂移不可观测，导致方位失准角的可观测度难以提高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决在载体静止的状态下，地理坐标系下东向陀螺漂移不可观测，导致方位失准角的可观测度难以提高的问题的一种单轴旋转的捷联惯导系统初始对准方法。

本发明的技术解决方案为：一种单轴旋转的捷联惯导系统初始对准方法，其特征在于将惯性测量单元绕不与自身重合的载体方位轴连续转动，通过改变系统对准模型中的系统矩阵，从而改善惯导系统的可观测性，其具体步骤如下：

(1)利用全球定位系统GPS确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；

(2)光纤陀螺捷联惯性导航系统进行预热，然后采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；

(3)对采集到的光纤陀螺仪和石英加速度计的数据进行处理，采用解析法来完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态信息；

根据加速度计的输出的重力矢量g以及陀螺仪输出与地球自转角速率ω_ie的测量值初步确定此时载体的姿态信息完成系统的粗对准，建立载体坐标系b和计算地理坐标系n′之间的转换矩阵T_bⁿ′：

对于某一纬度有：

g^t＝[0 0 -g]^T

用g和ω_ie可以构成一个新的矢量E，即：E＝g×ω_ie，再根据导航系与载体系之间的方向余弦矩阵可以得：