[发明专利]一种基于惯性坐标系旋转型捷联惯导系统的载体姿态测量方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，具体涉及一种可用于实时测量载体的导航参数值的基于惯性坐标系旋转型捷联惯导系统的载体姿态测量方法。

背景技术

捷联惯性导航系统中，人们对于构成惯性测量单元的陀螺仪和加速度计等惯性器件的持续研究推动了惯性器件的快速发展。器件精度越高，进一步提升器件精度的代价就越大，而随着国防工业对武器系统低成本,高可靠性，易维护性的要求越来越高，因此采用误差自补偿技术来提高惯性导航系统的定位精度是惯性技术发展的主要方向之一。

光纤陀螺捷联惯导系统由于器件的动态性能不稳定，容易受外界环境影响等特点，在选取双轴旋转调制方案的时候要特别注意陀螺标度因数误差与安装误差对系统的影响。常用的基于地理坐标系的双轴旋转调制型捷联惯导系统无法消除标度因数误差与安装误差对系统的影响，因此对光纤陀螺捷联惯导系统采用基于惯性坐标系的三轴旋转调制方案，控制惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）按照制定路径绕惯性坐标轴逐次旋转，以消除器件误差对系统的影响，进而提高捷联惯导系统自主导航精度。

基于惯性坐标系旋转调制型捷联惯导系统的陀螺仪敏感到的角速度是方案设定的IMU坐标系相对惯性坐标系的旋转角速度，既不包含地球自转角速度信息又不包含载体的姿态信息，如何从采集信息中解调出载体的姿态信息是基于惯性坐标系旋转调制型捷联惯导系统正常运行的关键之一。惯性坐标系的z_i轴与地球自转轴平行，x_i轴和y_i轴在零纬度圈平面内，且x_i轴在零经度圈平面内，y_i轴与x_i和z_i构成右手坐标系；地理坐标系的x轴、y轴和z轴分别指向东-北-天方向；导航坐标系与地理坐标系重合；IMU坐标系的x_s轴、y_s轴和z_s轴分别沿陀螺的三个敏感轴方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用陀螺仪和加速度计的输出数据以及转台输出角速率共同测量载体相对导航坐标系的姿态角，实现基于惯性坐标系旋转调制型捷联惯导系统的导航功能。的基于惯性坐标系旋转型捷联惯导系统的载体姿态测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：捷联惯导系统开机预热1小时后进行初始对准；

步骤二：控制捷联惯导系统的控制惯性测量单元IMU绕惯性坐标轴旋转，采集陀螺仪输出角速度加速度计输出比力f^s和转台输出角速率

步骤三：根据步骤二采集的陀螺仪输出角速度测量惯性系与控制惯性测量单元IMU坐标系之间的方向余弦矩阵

步骤四：根据步骤二采集的加速度计输出比力f^s、步骤三获得的方向余弦矩阵和惯性系与地理系之间的方向余弦矩阵测量比力在地理坐标系的投影fⁿ；

步骤五：根据步骤四获得的fⁿ测量载体的速度和位置，依次记为V_x、V_y、λ_t和

步骤六：根据步骤五获得的载体位置λ_t和测量惯性系与地理系之间的方向余弦矩阵：

式中，ω_ie是地球自转角速度；

步骤七：根据步骤五获得的载体速度V_x与V_y和步骤六获得的测量载体的位置角速率在惯性系的投影

步骤八：根据步骤二采集的陀螺仪和转台输出角速率与和步骤三获得的方向余弦矩阵测量角速度在惯性坐标系的投影与

步骤九：根据地球速率步骤六获得的转换矩阵步骤七获得的位置角速率在惯性系的投影和步骤八获得的陀螺仪与转台输出角速率在惯性坐标系的投影与测量载体的姿态速率：

步骤十：根据步骤九获得的姿态速率测量载体坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵

步骤十一：根据步骤十获得的测量载体的纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ：

θ＝sin^-1C₂₃

式中，C_ij,i,j＝1,2,3为方向余弦矩阵中的各元素。