[发明专利]一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统导航方法

说明书

本发明属于惯性导航领域，针对正反转速率偏频方式激光陀螺惯导系统要求偏频机构瞬间反转、实现难度大，以及恒速偏频方式激光陀螺惯导系统无法克服与偏频旋转轴方向陀螺标度因数误差相关的等效漂移误差、纯惯性导航误差大的问题，公开了一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统导航方法。本发明通过机械抖动偏频激光陀螺安装、坐标系及安装关系定义、偏频旋转轴方向等效陀螺采样值计算、精确标校安装关系矩阵、精确标校机械抖动激光陀螺敏感轴的单位矢量、初始对准卡尔曼滤波器设计、纯惯导误差修正补偿的步骤，实现了快速高精度初始对准，减小了纯惯导的北向和东向位置误差，提高了导航精度。

技术领域：

本发明涉及惯性导航系统领域，特别是一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统导航方法。

背景技术：

单轴旋转调制技术可以平均调制与旋转轴垂直的惯性器件误差，对于旋转轴轴向的器件误差，有学者采用在线标定与补偿的方法，但标定时间普遍较长，无法满足快速性要求。速率偏频激光陀螺惯导系统方案不仅可以克服机械抖动偏频激光陀螺过锁区随机游走误差影响，而且正反转的方式还能抵消与偏频旋转轴方向陀螺标度因数误差相关的等效漂移误差，提高惯导系统精度，但正反转交替旋转的偏频方式要求偏频机构瞬间反转，实现难度大。恒速偏频方式可实现高精度的寻北，但由于偏频机构以恒定角速率旋转，造成与偏频旋转轴方向陀螺标度因数误差相关的等效漂移误差，纯惯性导航误差大。因此，寻找一种单轴恒速偏频旋转且能抑制偏频旋转轴方向陀螺标度因素误差的惯导系统方案具有重要意义。

发明内容：

本发明针对现有的单轴恒速偏频激光陀螺导航系统不能解决偏频旋转轴方向陀螺标度因素误差的问题，提出了一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统导航方法。该方案在三个陀螺、三个加速度计构成的高精度激光陀螺恒速偏频寻北系统的基础上，增加一个不随偏频机构旋转的固定在基座上的机械抖动偏频激光陀螺，用于敏感偏频旋转轴方向的载体角运动，避免了沿恒速偏频旋转轴方向的陀螺标度因数误差造成的姿态误差积累。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统导航方法，其步骤为：

步骤一：机械抖动偏频激光陀螺安装：在三个陀螺(g_x、g_y、g_z)、三个石英挠性加速度计(a_x、a_y、a_z)构成的高精度激光陀螺恒速偏频寻北系统的基础上，安装一个不随偏频机构旋转的固定在基座上的机械抖动偏频激光陀螺g_dz，其敏感轴与旋转轴一致，提供偏频旋转轴方向的载体角运动信息；

步骤二：坐标系及安装关系定义：

定义n系为当地水平地理坐标系，N-E-D(北-东-地)方向；

b_g系为斜装的恒速偏频IMU(惯性测量单元)坐标系，其轴与g_x陀螺敏感轴重合，轴在g_x陀螺与g_y陀螺敏感轴所确定的平面内且g_y陀螺敏感轴方向偏离轴一个小的安装偏差角，轴方向符合右手规则且g_z陀螺敏感轴方向偏离轴一个小的安装偏差角；

b系为变换后的IMU坐标系，采用前-右-下方向，z_b轴与恒速偏频旋转轴重合，x_b轴、y_b轴与偏频旋转轴正交，x_b轴与轴及z_b轴在同一平面内，与n系间的方向余弦矩阵为

b_g系、b系固联于旋转台面中并随转台连续转动，转速Ω(转台旋转轴指向下方，顺时针方向为正)，周期T，t时刻与转台零位夹角α(t)；

b_p系为转台台体坐标系，与b系在t＝0时刻重合，与n系间的方向余弦矩阵为