[发明专利]一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法

说明书

本发明公开了一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法，首先，利用旋转调制技术可大大改变惯导系统器件误差可观测性的特点，设计了两套旋转惯导的冗余配置结构和惯性器件漂移的在线监控方案，构建了惯性器件漂移的误差模型；其次，以两套旋转惯导的姿态、速度、位置之差作为观测量、以惯导系统的平台偏角、速度误差、位置误差、惯性器件漂移作为状态量构建卡尔曼滤波器，实现了对两套惯导所有陀螺漂移和加速度计零偏的在线实时监控，并通过两套惯导系统间导航信息的比对，实现自主故障检测和隔离。本发明可提高对两套惯导中故障惯导自主检测与隔离的可靠性，对确保载体安全飞行和执行任务具有重要的意义。

技术领域

本发明属于惯性器件漂移在线监控技术领域，具体涉及一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法，用于在两套旋转惯导冗余配置下，实时在线监控两套惯导的所有陀螺漂移和加速度计零偏，适用于惯导系统的自主故障检测和隔离，特别适用于只有两套惯导系统时的自主故障检测与隔离。

背景技术

惯性导航系统利用陀螺仪和加速度计分别测量载体的角速度和线加速度，并根据航位推算原理实时解算出载体的姿态、速度、位置信息。由于惯导系统不需借助外界设备即可独立为载体提供导航信息，且自主性好、隐蔽性好、不易受外界干扰、输出信息连续，因此，惯导系统在军事方面的应用极为广泛。然而，惯导系统的缺点在于导航误差随时间的积累而发散，在惯导系统各项误差源中，陀螺仪的漂移和加速度计的零偏是影响导航精度的一项重要原因。因此，有效抑制惯性器件的漂移是提高惯导精度的一项重要途径。

为抑制惯性器件漂移对导航精度的影响，旋转调制技术应运而生。旋转调制技术可实现在同等惯性器件水平下大幅提高惯导系统精度，兼具降低成本和提高性能的优势，应用极为广泛。为实现在高精度自主导航的基础上保证可靠性和安全性，大型运载体上一般会装备两套及以上旋转惯导系统，并通过不同系统导航信息的比对，实现自主故障检测与隔离。然而，当只装备两套惯导系统时，则难以有效地进行故障隔离。针对此问题，本发明提出了一种基于两套旋转惯导系统冗余配置下的陀螺漂移和加速度计零偏在线实时监控技术，充分利用旋转调制技术可大大改变惯导系统器件误差可观测性的特点，通过两套惯导系统之间的信息交互，实现了对两套惯导所有陀螺漂移和加速度计误差的实时在线监控。

发明内容

本发明提出了一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法，通过两套惯导系统之间的信息交互，对两套惯导所有陀螺漂移和加速度计误差进行实时在线监控，实现了两套惯导系统间的自主故障检测与隔离。

本发明的技术方案为：一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法，首先，利用旋转调制技术可大大改变惯导系统器件误差可观测性的特点，设计了两套旋转惯导的冗余配置结构和惯性器件漂移的在线监控方案，构建了惯性器件漂移的误差模型；其次，以两套旋转惯导的姿态、速度、位置之差作为观测量、以惯导系统的平台偏角、速度误差、位置误差、惯性器件漂移作为状态量构建卡尔曼滤波器，实现了对两套惯导所有陀螺漂移和加速度计零偏的在线实时监控，并通过两套惯导系统间导航信息的比对，实现自主故障检测和隔离。

其中，所述惯性器件漂移的在线监控方案为：1号旋转惯导系统即RINS1沿内框轴指天正反转，实现对水平方向上X轴、Y轴的惯性器件漂移的调制；2号旋转惯导系统即RINS2沿外框轴水平正反转，实现对X轴、Z轴的惯性器件漂移的调制，RINS1、RINS2的敏感轴坐标系(即s系)与导航坐标系(即n系)之间的方向余弦矩阵：

其中，为RINS1的内框光栅转角，为RINS2的外框光栅转角；

因此，RINS1、RINS2的敏感轴陀螺漂移在导航系(即n系)下的投影为：