[发明专利]一种无加速度计的惯性导航系统和导航方法

权利要求书

1.基于无加速度计的惯性导航系统的导航方法，所述惯性导航系统包括稳定平台、导航计算模块和输入输出模块；所述稳定平台包含中间圆台、与中间圆台平行的内平衡框架以及与中间圆台垂直的外平衡框架，中间圆台上设置3个输入轴互相垂直的陀螺仪，中间圆台、内平衡框架和外平衡框架的控制轴分别设置对应的力矩电机，中间圆台、内平衡框架和外平衡框架上分别设置对应的角度传感器；所述导航计算模块连接前述输入输出模块、陀螺仪、力矩电机和角度传感器；所述输入输出模块用于向导航计算模块输入初始参数以及输出显示导航计算模块解算的导航结果；导航计算模块根据陀螺仪采集的数据以及初始参数解算载体的速度、位置信息，导航计算模块根据角度传感器采集的数据解算载体的航姿信息，同时驱动力矩电机使稳定平台始终跟踪地理坐标系；以中间圆台的圆心为三维坐标系的原点O，以平行于中间圆台并指向北的方向作为三维坐标系的X_p轴方向，以平行于中间圆台并指向东的方向作为三维坐标系的Y_p轴方向，以垂直于中间圆台方向作为三维坐标系的Z_p轴方向，建立平台坐标系OX_pY_pZ_p；所述3个陀螺仪中，第一个陀螺仪的输入轴平行于平台坐标系的Y_p轴，其角动量垂直中间圆台面，并输出北向的角速度，第二个陀螺仪的输入轴平行于平台坐标系的X_p轴，其角动量垂直中间圆台面，并输出东向的角速度，第三个陀螺仪的输入轴平行于平台坐标系的Z_p轴，其角动量平行中间圆台面，并输出垂线方向的角速度；

其特征在于，所述导航方法包括以下步骤：

(1)控制稳定平台与地球表面间的相对位置，当载体从地面一点移动到另外一点时，导航计算模块控制力矩电机使稳定平台始终跟踪当地水平面并指向北，此时的平台坐标系模拟地理坐标系，导航计算模块根据角速度传感器采集的数据解算出载体航姿信息；

(2)导航计算模块首先对陀螺仪采集的信息进行有害角速度信息补偿，然后根据线速度与角速度的关系，得到载体的速度信息；

(3)导航计算模块根据输入输出模块提供的初始经纬度信息以及陀螺仪采集的角速度信息的一次积分，得到载体的位置信息。

2.根据权利要求1所述导航方法，其特征在于，在步骤(1)中，导航计算模块将按平台坐标系相对于惯性坐标系的转动角速度在平台坐标系上的分量的三维分量计算形成的控制信号送给相应的力矩电机，通过控制3个力矩电机使平台坐标系OX_PY_PZ_P始终跟踪地理坐标系，利用3个角度传感器在平台直接读取载体的3个姿态角：

上式中，为的三维分量，分别为陀螺仪输出的东向角速度和北向角速度，L为载体所处纬度，tg表示正切函数。

3.根据权利要求1所述导航方法，其特征在于，在步骤(2)中，载体的速度信息按下式计算：

上式中，分别为载体相对地球的速度在地理坐标系上的东向、北向分量，分别为陀螺仪输出的东向角速度和北向角速度，为地球坐标系相对于惯性坐标系的转动角速度在平台坐标系上的分量，L为载体所处纬度，R为地球半径。

4.根据权利要求1所述导航方法，其特征在于，在步骤(3)中，载体的位置信息按下式计算：

上式中，λ(t)、L(t)分别为实时经度和纬度信息，λ₀、L₀分别为初始经度和纬度信息，分别为载体相对地球的转动角速度在平台坐标系上的东向、北向分量，分别为陀螺仪输出的东向角速度和北向角速度，为地球坐标系相对于惯性坐标系的转动角速度在平台坐标系上的分量，t为积分时间。