[发明专利]一种无加速度计的惯性导航系统和导航方法

说明书

本发明公开了一种无加速度计的惯性导航系统和导航方法，导航系统包括稳定平台、导航计算模块和输入输出模块；稳定平台包含中间圆台、与中间圆台平行的内平衡框架、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；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；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。本发明克服了传统惯性导航系统中误差随时间非线性快速增长的缺点，具有抗干扰能力强、长期精度高和稳定性好的特点。

技术领域

本发明属于导航技术领域，特别涉及了一种无加速度计的惯性导航系统和导航方法。

背景技术

传统的惯性导航技术采用陀螺仪和加速度计作为传感器来感应载体的运动信息，并通过多次积分的方式得到载体的姿态、速度和位置信息。由于采用了多次积分，造成惯性导航系统的位置误差随着时间成非线性增长，导致定位精度随着导航时间的增加快速降低，导航性能急剧下降。减小载体长时间航行时导航误差的快速增长是传统的惯性导航系统所欠缺的，也是本发明深入研究的内容。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种无加速度计的惯性导航系统和导航方法，克服传统惯性导航系统中多次积分导致随着时间延长导航精度急剧下降的缺陷。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种无加速度计的惯性导航系统，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。

进一步地，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。

基于上述无加速度计的惯性导航系统的导航方法，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。