[发明专利]一种惯导系统姿态解算方法

说明书

本发明涉及一种惯导系统姿态解算方法，以零均值加速度假设为理论依据，设计了基于地球固联坐标系的载体姿态更新方案；首先，选取t＝0时刻载体坐标系b为地球固联坐标系k₁，即利用陀螺输出更新姿态矩阵，得到给定时间区间内载体坐标系b与地球固联坐标系k₁的转换关系进而得到加速度计在地球固联坐标系k₁的输出根据零均值加速度假设，可以得到地球固联坐标系k₁系与地理坐标系n的方向余弦矩阵结合载体坐标系b与地球固联坐标系k₁的转换关系可以得到给定时间区间载体坐标系b与地理坐标系n的方向余弦矩阵在下一个给定时间区间重复上述过程，即可解算得到载体姿态信息。本发明有效降低了载体瞬时加速度对姿态精度的影响，较好的解决了动态条件下系统姿态解算问题。

技术领域

本发明属于捷联式惯导系统技术领域，具体涉及一种惯导系统姿态解算方法。

背景技术

捷联式惯导系统包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，利用加速度计和陀螺仪输出可以解算得到系统水平姿态。传统的姿态解算算法通常假设载体运动加速度为零，即加速度计只敏感重力加速度矢量。上述假设在载体处于静态或者匀速运动时成立，可以解算得到准确的姿态信息。然而，实际应用中，载体加速度是实时变化的，即零加速度假设不成立，导致姿态解算精度不高。因此，如何提高运动条件下惯导系统的姿态解算精度，具有一定的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种惯导系统姿态解算方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案为：

一种惯导系统姿态解算方法，其特征在于：包括如下设定参数：

定义系统解算周期为T_s，零均值加速度区间长度为M＝nT_s(n0，正整数)；载体坐标系为b系，当地地理坐标系为e系，地球固联坐标系为k₁系；t时刻，b系下加速度计输出为b系下陀螺仪输出为e系下重力矢量为G^e＝[0 0 -g]^T，姿态四元数Q(t)＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T；解算步骤如下：

步骤1、选定地球固联坐标系：

定义t＝0时刻载体坐标系为地球固联坐标系，0时刻b系和k₁系之间的方向余弦矩阵和姿态四元数分别见表述式(1)和(2)

步骤2、保存t∈(0,nT_s]区间陀螺仪数据和加速度计数据，存储序列分别为：

步骤3、计算t∈(0,nT_s]区间加速度计在k₁系输出：

由保存的陀螺仪数据进行陀螺姿态更新，更新方程见表述式(5)和(6)：

姿态四元数t∈(0,nT_s]可以得到b系与k₁系的方向余弦矩阵，并保存

加速度计输出在k₁系的表达式为：

步骤4、计算k₁系与e系转换关系

在t∈(0,nT_s]区间内，加速度计输出在k₁系的均值为：