[发明专利]基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法

说明书

本发明公开了一种基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，其过程为：将捷联惯导系统安装在重力仪平台底部中心，根据重力仪平台的位置信息及捷联惯导系统输出的数据进行粗对准，得到捷联惯导系统姿态的粗略估计值；控制重力仪平台进行双轴周期旋转，采集捷联惯导系统输出数据，以捷联惯导系统输出的速度作为速度误差观测量，通过容积卡尔曼滤波获取捷联惯导系统的姿态误差，根据粗略估计值与姿态误差的差值作为捷联惯导系统的初始对准值。本发明通过利用容积卡尔曼滤波与旋转平台提高惯导系统初始对准的鲁棒性与精度，充分利用稳定平台姿态可控的特性，为惯导系统提供旋转对准条件，提高初始对准精度。

技术领域

本发明涉及惯性导航领域的捷联惯导初始对准方法，具体涉及一种基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法。

背景技术

惯性导航系统在导航过程中不依赖于任何外部信息，是一种自主式的导航系统，其导航过程就是要对惯性测量单元的输出进行基于积分的导航解算。在此之前要确定积分初值，即对惯导系统进行初始对准。重力仪稳定平台以捷联惯导系统为姿态测量设备，因此重力仪稳定平台的姿态与惯导系统的姿态是等价的。在惯导系统上电启动时，平台姿态不确定，因此需要通过初始对准过程确定初始姿态。由于初始姿态误差会代入惯导系统导航解算中的积分过程，引起误差积累，因此必须考虑提高初始对准精度。

惯导系统的初始对准通常分为粗对准阶段和精对准阶段。粗对准为精对准提供一定精度的初始条件，保证精对准的快速性。传统方法在粗对准结束后采用滤波方式进行初始精对准，即惯导系统安装在载体上后，不考虑载体特性，只考虑自身，进行自主性对准，受初始失准角的限制，对准精度差，可观测性差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种可控性好、对准精度高的基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于重力仪平台的捷联式惯导系统非线性初始对准方法，包括以下步骤：

步骤1，将捷联惯导系统安装在重力仪平台底部中心，捷联惯导系统底座中心与平台底部中心重合；

步骤2，根据重力仪平台的位置信息及捷联惯导系统输出的数据进行粗对准，得到捷联惯导系统姿态的粗略估计值；

步骤3，控制重力仪平台进行双轴周期旋转，在旋转过程中，采集捷联惯导系统输出数据，建立旋转式捷联惯导系统非线性误差模型，以捷联惯导系统输出的速度作为速度误差观测量，通过容积卡尔曼滤波获取捷联惯导系统的姿态误差，根据粗略估计值与姿态误差的差值作为捷联惯导系统的初始对准值。

进一步地，所述粗对准的方法为惯性系对准方法。

进一步地，所述双轴周期旋转包括两个周期，每个周期的过程为：先绕重力仪平台横轴转动，再绕重力仪平台纵轴转动。

进一步地，所述绕重力仪平台横轴转动的方式与绕重力仪平台纵轴转动的方式相同，转动方式均为：正转一定角度α，停止ΔT时间；再反转一定角度α，停止ΔT时间；接着反转一定角度α，停止ΔT时间；再正转一定角度α，停止ΔT时间。

进一步地，所述旋转式捷联惯导系统非线性误差方程为

式中，I₃为单位矩阵；

为n系至n′系的姿态转移矩阵，其中

为捷联惯导系统计算得到的载体姿态；

为捷联惯导系统加速度计输出的比力；

为平台坐标系至载体坐标系的姿态转移矩阵；

为加速度计在平台坐标系输出的比力误差；

为地球自转角速率在n系的投影；