[发明专利]一种基于惯导系统的修正机械位移的方法

说明书

本发明公开了一种基于惯导系统的修正机械位移的方法，包括采用机械转动的误差修正机理、基于机械转动方案的惯导误差特性分析、误差抑制实验与分析、自适应衰减卡尔曼滤波、算法设计，所述基于机械转动方案的惯导误差特性分析包括陀螺仪标度因数影响分析与陀螺仪安装误差影响分析。本发明的优点在于：通过陀螺仪标度因数影响分析与陀螺仪安装误差影响分析可以将陀螺仪所带来的误差产生的影响降低，通过误差抑制实验与分析引入误差调制技术可以平均微电子机械系统惯性器件的误差，引入自适应衰减卡尔曼滤波,通过调整不同时刻观测值对状态估计的修正权重以提高平滑算法的收敛性及估计精度，使机械位移的修正精度更为准确。

技术领域

本发明涉及惯导系统技术领域，具体为一种基于惯导系统的修正机械位移的方法。

背景技术

惯性导航系统，简称惯导系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯导系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

但现有的基于惯导系统的修正机械位移的方法，存在一些问题，首先，目前可应用的微电子机械系统惯性器件普遍存在漂移大的弊端，成为影响系统独立自主工作的主要原因，且通过改善加工工艺来提高微电子机械系统惯性器件的性能在短时间内仍无法实现，其次，在无校正情况下受误差源影响,惯导系统会产生多周期调制的振荡误差，从而导致元件机械位移，而且在实际应用中缺乏较高精度的姿态基准,对惯导姿态误差进行直接测量较为困难，一般情况下只能通过误差估计算法进行估计，但是这种估计算法误差较大，为此，我们提出一种基于惯导系统的修正机械位移的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于目前可应用的微电子机械系统惯性器件普遍存在漂移大的弊端，成为影响系统独立自主工作的主要原因，且通过改善加工工艺来提高微电子机械系统惯性器件的性能在短时间内仍无法实现，在无校正情况下受误差源影响,惯导系统会产生多周期调制的振荡误差，从而导致元件机械位移，而且在实际应用中缺乏较高精度的姿态基准,对惯导姿态误差进行直接测量较为困难，一般情况下只能通过误差估计算法进行估计，但是这种估计算法误差较大。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于惯导系统的修正机械位移的方法，包括采用机械转动的误差修正机理、基于机械转动方案的惯导误差特性分析、误差抑制实验与分析、自适应衰减卡尔曼滤波、算法设计，所述基于机械转动方案的惯导误差特性分析包括陀螺仪标度因数影响分析与陀螺仪安装误差影响分析，所述算法设计包括固定点平滑与惯导初始误差估计与补偿。

优选的，所述采用机械转动的误差修正机理实质上是一种误差自补偿技术，利用惯性测量单元周期性转动完成对惯性器件慢变误差的调制是在现有器件精度的条件下实现更高精度导航的有效方法。基于误差调制技术的惯导系统结构发生变化，旋转机构的存在导致惯性测量单元与载体不再固连，但整个系统的解算过程依然采用捷联算法。误差调制的本质是通过惯性测量单元转动实现惯性测量元件在对称位置上驻留相同时间，使误差传播方程中由陀螺仪和加速度计常值误差引起的误差项，经过积分后为零或接近于零，以此减小系统误差的积累，提高导航精度。

优选的，所述陀螺仪标度因数影响分析为由于微电子机械系统标度因数经过标定后依然存在误差，而且标度因数还会随着时间、温度等因素而改变，这将导致微电子机械系统惯导系统在实际工作过程中始终存在着惯性器件误差的影响。