[发明专利]基于角速率输入的光纤陀螺惯导系统姿态优化方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航姿态解算技术领域，具体涉及一种基于角速率输入的光纤陀螺惯导系统姿态优化方法。

背景技术

随着光纤传感技术的发展，1976年美国犹他州立大学V.Vali和R.Shorthill教授首次提出了光纤陀螺(Fiber-Optic Gyroscope,FOG)的概念，光纤陀螺已成为惯性导航领域的重要传感器件。对于捷联惯导系统而言，有限转动的不可交换性误差是其姿态解算的一个主要误差源，虽然可以通过提高姿态更新频率来减小不可交换性误差，但是计算机的采样频率有限，不可能无限制地提高，因此有必要研究一种适用于载体高动态环境下的姿态算法。

1971年，Bortz提出了旋转矢量微分方程，为一种全新的姿态算法提供了理论基础，有效地解决了算法求解过程中存在的不可交换性误差；在此基础上，Miller提出了二子样、三子样误差补偿算法，而Lee在此基础上又提出了四子样算法；Jiang提出了利用当前周期与前一周期陀螺仪采样信号进行误差补偿新算法，能够提高算法精度；Savage对前人工作进行了总结，并就姿态更新算法的实现提出了一系列技巧，给出了完整的捷联惯导姿态算法编排和离散更新方法。这些算法的实现都是基于陀螺仪的角增量信息展开的，当陀螺仪输出为角速率信号时，利用数值积分方法将角速率信息转换为角增量信息，然后直接应用传统圆锥误差补偿算法，算法精度会降低2个数量级，不能满足载体高动态环境下对姿态解算精度的要求。针对干涉型光纤陀螺角速率信号可直接得到的特点，有必要研究一种能够直接利用陀螺仪输出角速率信息进行姿态解算算法，从而进一步提高光纤陀螺仪的实际工程利用价值。

采用毕卡法求解四元数微分方程时，其过程是先计算出载体运动时对应的四元数Q(t)，再根据四元数和姿态矩阵的对应关系，分别求出姿态矩阵和姿态角。

四元数微分方程的毕卡求解法：

(tk+1)={Icosθ2+ΔΘsinθ2θ}(tk)---(1)]]>

其中：