[发明专利]一种惯性测量单元对准方法

权利要求书

1.一种惯性测量单元对准方法，其特征在于，包括：

在晃动环境下采集惯性器件的输出数据；

基于惯性凝固原理分解姿态矩阵；

基于双矢量定姿TRIAD算法和递推四元数估计REQUEST算法求解所述姿态矩阵，得到粗对准结果；

以粗对准阶段获得的所述粗对准结果为初值，建立卡尔曼滤波误差模型，应用过去时刻存储的惯性器件数据开展迭代滤波对准，得到初始对准结果；

输出所述晃动环境下的所述初始对准结果；

所述基于惯性凝固原理分解姿态矩阵，通过下式表示：

其中，n表示导航坐标系，即当地地理坐标系；b表示载体坐标系，固连于载体；表示导航惯性坐标系，是对准初始时刻导航坐标系根据惯性凝固原理确定的坐标系；表示载体惯性坐标系，是对准初始时刻载体坐标系根据惯性凝固原理确定的坐标系；表示从导航惯性系到导航系的姿态转换矩阵，随时间变化，并通过对准时间及解算的位置信息获取更新；表示从载体系到载体惯性系的姿态转换矩阵，随时间变化，通过陀螺输出角速率信息获取更新；表示从载体惯性系到导航惯性系的姿态转换矩阵，是对应于对准开始时刻的常值矩阵；

其中，姿态矩阵分解为：

式中，表示对准初始时刻t₀地球坐标系根据惯性凝固原理确定的坐标系；

所述的求解过程包括：

使用陀螺角速度替换旋转角速率在载体系的投影

从对准开始时刻，四元数在每个采样间隔内解算更新；

根据四元数和姿态矩阵的转换关系完成对姿态矩阵的更新；

所述基于双矢量定姿TRIAD算法和递推四元数估计REQUEST算法求解所述姿态矩阵，得到粗对准结果，包括：

基于TRIAD算法确定从载体惯性系到导航惯性系的姿态转换矩阵

基于所述REQUEST算法优化所述得到姿态矩阵的最优估计

所述基于TRIAD算法确定从载体惯性系到导航惯性系的姿态转换矩阵包括：

根据从导航惯性系到导航系的姿态转换矩阵以及从载体系到载体惯性系的姿态转换矩阵获取当前时刻下重力加速度在导航惯性系和载体惯性系下的投影；

选取不同时刻对加速度矢量进行积分运算，分别得到速度矢量在导航惯性系和载体惯性系下的投影；

根据TRIAD原理和速度矢量在导航惯性系和载体惯性系下的投影，确定出所述姿态转换矩阵

所述当前时刻t_k下重力加速度在导航惯性系和载体惯性系下的投影，通过下式表示：

其中，重力加速度在导航系下的投影gⁿ＝[00-g]，重力加速度在载体系下的投影g^b可用加速度计输出表示；

相应地，在不同时刻t₁和t₂下，速度矢量在导航惯性系和载体惯性系下的投影，通过下式表示：

所述姿态转换矩阵通过下式表示：

所述基于所述REQUEST算法优化所述得到姿态矩阵的最优估计包括：

选取比力的积分作为观测矢量，在t_k时刻，观测信息通过下式表示：

初始化参数初值，设置m₀＝0，K₀＝0_4×4，

在t_k时刻，利用当地纬度L和对准时间t计算利用陀螺输出角速率计算

根据观测信息的计算公式求解t_k时刻的观测矢量，获取矩阵K当前的增量矩阵ΔK_k，ΔK_k通过下式表示：

z_k＝b_k×r_k；

σ_k＝tr(B_k)；

根据不同观测矢量对K矩阵的影响，选取合适的权重系数，更新t_k时刻的K矩阵，更新方式如下：

其中，α_k为权重系数，对各观测向量采用相同的权重系数；

求解K最大特征值对应的特征向量，更新姿态矩阵估计值

判断是否达到对准时间；

若对准未结束，则再次所述在t_k时刻，利用当地纬度L和对准时间t计算利用陀螺输出角速率计算的步骤；

若对准已结束，输出当前的姿态矩阵估计值