[发明专利]基于空间稳定的旋转捷联惯导系统误差抑制方法

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空间稳定的旋转捷联惯导系统误差抑制方法。

(二)背景技术

空间稳定型惯导系统又称解析式惯导系统。它有一个陀螺稳定平台，此平台相对惯性空间稳定，它是利用陀螺仪在惯性空间保持方向不变的定轴性，通过三套随动系统而实现的空间稳定惯性平台。在稳定平台上装有三个相互垂直的加速度计。由于惯性平台相对于惯性空间没有转动角速度，因此加速度计输出讯号不必消除有害加速度的影响。由于平台稳定在惯性空间，在不同位置下地球重力场矢量在惯性系的分量发生变化，这样加速度计的输出讯号内将出现重力加速度分量，所以对重力加速度分量进行补偿后经过积分作用得到载体的速度和位置信息。

高精度的捷联惯导系统需要采用高性能的惯性传感器与先进的系统技术。由于我国加工工艺和制造水平的限制，制造高性能的惯性器件难度大，同时高性能的惯性器件会导致整个捷联惯导系统的成本提高，因此先进的系统技术一直都是捷联惯导系统的研究热点。由于光纤陀螺相关的光电器件在技术和数量上满足不了陀螺设计的总体要求，光纤陀螺的发展受到了限制，现有的光纤陀螺精度又无法满足长航时、高精度的要求，所以寻找一种在现有陀螺精度条件下提高导航精度的方法是很重要的。

误差调制技术是基于旋转惯性测量单元(IMU)的一种惯性器件误差自动补偿的一种技术。惯性测量器件的误差是惯性导航系统误差的主要决定因素。受工艺制造水平的限制，制造高性能的惯性器件难度很大，同时研制高性能的惯性器件会使整个捷联惯导系统的成本提高，因此先进的系统技术一直以来都是捷联惯导系统的研究热点。旋转误差调制技术就是一种先进的系统技术，它通过在惯性元件或者IMU外面加上旋转和控制机构，然后利用旋转来平均掉惯性元件的漂移对导航性能的影响。

(三)发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于空间稳定的旋转捷联惯导系统误差抑制方法。

本发明的技术解决方案为：一种基于空间稳定的旋转捷联惯导系统误差抑制方法，其特征在于将惯性测量单元稳定在赤道平面内，采用四环结构隔离载体角运动及地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统误差调制效果的影响，避免陀螺仪的标度因数误差及安装误差与地球自转角速度的耦合，使系统具有更好的稳定性，有利于系统位置误差逐渐趋于零。其具体步骤如下：

(1)通过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)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)将IMU旋转后光纤陀螺仪和石英加速度计生成的数据转换到导航坐标系下，得到惯性器件常值偏差的调制形式；

惯性测量单元坐标系的ox_sy_s平面与地球的赤道平面平行，oz_s轴平行于地球自转轴，且指向与地球旋转角速度方向一致(如附图3)，确定出IMU坐标系与导航坐标系的转换关系：

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基于空间稳定的调制型捷联系统的姿态更新过程可以归结为对矩阵和的求取。其中，为导航坐标系与地球坐标系之间的变换矩阵；为地球坐标系与惯性系之间的转换矩阵，可由载体所在位置的经度λ、纬度L及时间间隔t确定。