[发明专利]一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法

说明书

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单轴转停方案的系泊估漂方法。

背景技术

捷联惯性导航系统SINS是一种完全自主的导航系统，利用陀螺仪和加速度计测量载体相对惯性空间的角运动和线运动参数，在给定初始条件下，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SINS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。根据SINS的基本原理，SINS在导航过程中惯性器件常值偏差的存在是导致惯性导航系统定位精度难以提高的主要因素。如何有效地限制惯性导航误差发散、提高惯性导航系统精度是惯性导航领域一项非常重要的课题。

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，因此在捷联惯导系统进入导航状态前必须首先完成初始姿态的确定。由于“平台”是测量比力的基准，因此“平台”的初始对准就非常重要；在捷联惯性导航系统中捷联矩阵起到数学平台的作用。因此初始对准的关键性问题就是如何在较短的时间内得到较高精度的初始捷联矩阵的初始值。而惯性器件偏差是导致初始捷联矩阵存在偏差的主要因素，因此估漂技术的重要性就得以体现。

旋转调制技术是惯性导航系统的一种自校正方法。它不需要引入外部校正信息，能够自动对系统中惯性器件的常值偏差进行平均，达到抵消漂移对系统精度的影响。因而可以提高惯性导航系统长时间工作的精度，充分发挥惯性导航“自主式”的优点。应用旋转调制技术，还可以应用较低精度的惯性器件，构成较高精度的惯性导航系统，有利于降低惯性导航系统的成本，同时由于引入外界运动可以有效地提高惯导系统部分参数的可观测度。

舰船处于系泊状态时，由于受到海浪因素的影响产生摇摆与荡运动，这些干扰运动产生的干扰加速度和干扰角速度分别被加速度计和陀螺感知，其中干扰加速度经过惯导系统中的积分环节解算出的载体速度中存在着较大的误差，与载体实际线速度进行比较后作为系统滤波模型的观测量。观测量的不准确将导致系统在进行估计的时候会降低参数的收敛速度同时降低参数的估计精度。

在CNKI数据库中与本发明相关的公开报道有：1、《旋转光纤捷联惯性导航系统的误差调制分析》，提出一种带连续稳定旋转平台的新型光纤捷联惯性导航系统，旨在提高系统导航精度的同时，不增加惯导系统的成本。研究该惯导系统的组成结构和工作原理，分析旋转光纤捷联惯性导航系统误差调制过程，最后对整套惯性导航系统进行仿真。2、《利用旋转调制技术实现快速高精度方位对准》，提出了研制旋转调制系统的技术指标。但都没有提出与本发明相关的调制方法及估漂方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载体处于系泊状态时，可以准确地估计出惯性器件的常值偏差的一种基于单轴转停方案的系泊估漂方法。

本发明的目的是这样实现的：包括以下步骤：

(1)通过GPS确定载体的初始位置参数，并装订至导航计算机中；

(2)捷联惯导系统进行预热准备，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；

(3)惯性测量单元(IMU)采用8个转停次序为一个旋转周期的转位方案；

(4)根据旋转状态下陀螺仪的输出确定出捷联矩阵T_s^p，并将加速度计的输出转换到数学平台坐标系；

(5)根据惯导系统动基座误差方程建立载体系泊状态时的估漂模型，以GPS提供的载体速度v₀为基准，并与惯导系统结算速度的差值作为观测量，利用卡尔曼滤波技术实现惯性器件偏差的估计；

(6)将卡尔曼滤波估计出的惯性器件常值偏差采用平均滤波的方法将其进行平滑，滤除小幅度波动的影响。

本发明还可以包括：