[发明专利]基于旋转机构的光纤捷联惯性导航系统初始姿态确定方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，尤其涉及的是一种基于旋转机构的光纤捷联惯性导航系统初始姿态确定方法。

(二)背景技术

捷联惯性导航系统(SINS)是将陀螺仪、加速度计等惯性元件固连在载体上，根据牛顿力学定律，通过对这些惯性元件采集的信息进行处理，得到载体的姿态、速度、位置、加速度、角速度和角加速度等全导航信息的完全自主导航设备。由于其具有重量轻、可靠性高、便于维护、全天候和完全自主等优点得到越来越广泛的应用。

标定技术本质上是一种误差补偿技术。所谓误差补偿技术就是建立惯性元件的误差数学模型，通过一定的试验来确定模型系数，进而通过软件算法来消除误差。目前惯性元件的标定技术已经比较成熟，系统标定指从惯导系统精度出发，考虑到由惯性元件构成惯导系统时安装轴向不垂直以及载体运动环境的复杂恶劣性等因素的影响，建立惯性元件的误差数学模型，最后实现误差补偿的过程。系统级标定则利用陀螺仪和加速度计的输出进行导航解算，以导航误差作为观测量来标定系统的误差参数。

根据SINS的基本原理，SINS在进入导航状态前需要获得初始信息，包括初始位置、速度和姿态。其中初始姿态的精度就是SINS进入导航状态时的初始对准精度，因此在捷联系统进入导航状态前必须首先完成初始姿态的确定。

按照基座的运动状态的不同可以将初始对准分为静基座对准和动基座对准。其中静基座对准是指在载体静止的情况下，捷联惯导系统进行初始对准。其对准方法主要包括解析法、罗经回路法、方位估算法等。所谓动基座对准是指在载体机动和外界扰动的条件下，捷联系统完成初始对准。动基座对准经常采用外部信息对系统自身的状态变量进行估计，并在滤波稳定后进行姿态修正。

由于静基座下进行以速度为观测量的组合对准，系统可观测度不高，尤其是地理坐标系下的东向陀螺漂移不可观测，导致了方位失准角的可观测度难以提高，达不到提高姿态精度的目的，也不能在初始姿态计算的同时实现对陀螺仪的标定。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种使用两次对准技术并利用旋转机构对光纤陀螺偏差进行在线标定后并补偿，从而得到更加精确的初始姿态的基于旋转机构的光纤捷联惯性导航系统初始姿态确定方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括如下步骤：

(1)对捷联惯导系统进行预热准备；

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

(3)采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理，采用解析法完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态；

(4)粗对准结束后进入精对准阶段，采用卡尔曼滤波技术估计出载体的方位失准角，确定当地北向；

(5)建立光纤陀螺误差模型，对误差模型进行分析，找出待求误差系数；

(6)保持惯性测量单元(IMU)在第一位置上不动，采用卡尔曼滤波技术估计出导航坐标系上北向光纤陀螺陀螺漂移ε₁；

(7)惯性测量单元顺时针转动90度后，固定在第二位置，采用卡尔曼滤波技术估计出导航坐标系上南向光纤陀螺陀螺漂移ε₂；

(8)利用步骤(6)、(7)获得的陀螺漂移ε₁、ε₂得到惯性测量单元坐标系上光纤陀螺漂移ε_x、ε_y，

ϵx=ϵ2ϵy=ϵ1;]]>

(9)将步骤(8)获得的光纤陀螺漂移带入到陀螺误差模型补偿中，对陀螺误差进行修正，剔除各项误差得到精确的输出值；

(10)对误差补偿后的系统采用卡尔曼滤波方法进行初始对准，确定出系统的初始捷联矩阵，计算出载体初始时刻的姿态。