[发明专利]一种船用光学惯导长航时保精度导航的系统级补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于捷联惯导技术领域，涉及一种基于光学陀螺的长航时保精度导航的船用系统级补偿方法。

背景技术

捷联惯导是一种自主导航系统，由于它的结构设计简单，并随着现代高速计算机的迅猛发展，使得依靠高速、进行精密解算来实现导航的捷联惯性导航系统逐渐取代传统的平台式惯性导航系统。然而，高精度光学惯性器件的发展要想得到很大的提高，在短时间内是无法做到的，故一种依靠旋转调制方案来消除惯性器件漂移的捷联惯导系统应用而生。

本发明主要应用在需进行长时间导航的水面舰船上。

船用光学惯导系统的最大特点是在长航时的应用，而且作为舰船的核心主惯导设备，其承载着舰船各武器系统提供基准的职责，故对其长航时位置精度以及姿态精度稳定性等指标要求很高。为了提高惯性导航长时间导航精度，采用极高精度陀螺来保证系统导航误差不超差，而极高精度的陀螺由于工艺、成本等的制约，其无法实现量产，这样就严重制约了系统的批量装备。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种船用光学惯导长航时保精度导航的系统级补偿方法，能够保证水面舰船等长航时工作载体上惯导系统导航精度恒高精度、稳定性。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是，包括下列步骤：步骤一、确定舰船坐标系，标识出系统首向，既而就确定了系统的纵摇和横摇坐标；步骤二、在高强度、高精度六面体上安装光学陀螺和加表，通过精密加工及严格工艺指导，并配备手工研磨，利用三坐标保证其平面度、平行度和垂直度；步骤三、进行单轴旋转机构控制系统调试，运用成熟PID控制算法设计转位方案，方案设计的正确性及精度检测利用光学手段保证其极高的定位精度及低速平稳性；步骤四、将IMU安装固定于转位机构台面上，该台面具备标定水平基面和首向靠面的调节，保证其安装具有一定的重复性；步骤五、捷联惯性导航系统原始数据采集处理，并对数据进行处理，如温度补偿、航向效应补偿、系统级标定等试验；步骤六、单轴旋转调制系统中纯惯性系统算法设计中的姿态更新、速度、位置的解算；步骤七、单轴旋转的实时解调处理。

本发明从旋转式调制惯导基本原理出发，提出了一种改进型的单轴旋转调制系统转位方案，其最大的优势在于不提高现有惯性器件水平的前提下，用中高精度的IMU通过旋转途径抵消水平惯性器件常值误差，并利用本发明中的转位方案可以更好的改善系统的可靠性，避免因单轴连续旋转系统选用导电滑环所带来的不可预见的长期稳定性问题，并且在一定程度上可以降低系统成本。

附图说明

图1为本发明北向陀螺漂移与经度误差关系框图；

图2为本发明单轴正反转停旋转调制惯导周期性旋转方案；

图3为本发明基于船用的单轴转位光学惯性系统组成框图；

图4为本发明单轴转位方式的惯性导航系统捷联解算流程图；

图5为本发明系统外形示意图；

图6为本发明非旋转系统中常值误差引起的位置误差；

图7为本发明单轴旋转系统中常值误差引起的位置误差。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明从单轴旋转调制式捷联惯导的基本原理出发，提出了一种系统级单轴旋转调制式捷联惯导系统新转位方法，用于水面舰船光学陀螺惯导系统中。光学陀螺单轴旋转惯导系统是捷联式惯性导航系统。其中，光学陀螺和加速度计构成的惯性测量单元与载体相对固联(可绕天向轴旋转)，导航计算机根据测得的角速度信息和加速度信号计算出载体的姿态、速度和位置等导航信息。

系统中，将惯性测量单元(IMU)安装在单轴旋转机构上，采用旋转调制技术，对于陀螺和加速度计中的慢变误差不须进行辨识补偿，而是利用单轴转位机构对IMU进行周期性旋转、转停技术，来对消水平陀螺、加速度计处在相向位置时零漂对系统导航精度的影响，并进而通过该转停方式来消除由于旋转而引入的安装误差等误差源，从而获得高精度的导航信息。

单轴调制机理分析及具体转位实施方式：

假设p系为转动坐标系，n系为导航坐标系，i系为惯性坐标系，b系为船体坐标系。由单轴旋转惯导系统的工作原理，结合典型捷联式惯导系统误差方程，系统误差传播方程可描述为：