[发明专利]一种惯性测量单元对准方法

说明书

本申请揭示了一种惯性测量单元对准方法，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算法求解姿态矩阵，得到粗对准结果；以粗对准阶段获得的粗对准结果为初值，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；输出晃动环境下的初始对准结果；可以解决相关技术中在大幅度晃动干扰情况下传统粗对准方法对准精度不高的问题；根据晃动基座下的车载定位定向系统初始对准结果，能够有效适应于强晃动干扰环境，在缩短对准时间的同时实现最优的对准精度。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种惯性测量单元对准方法。

背景技术

作为惯性导航领域的重要分支，车载定位定向系统在战略军用和商业民用等领域开辟了广阔的应用前景，在国防建设和国民经济发展中具有重要作用。在车载定位定向系统中，惯性导航技术是基于惯性传感器测量信息对载体姿态、速度和位置进行积分运算的过程，作为惯性导航技术的核心环节，初始对准的任务是确定载体姿态矩阵，为导航运算提供准确的积分初值。为了保证载体的机动性，车载定位定向系统需要具有快速开始导航任务的能力；同时，姿态失准角不仅以姿态信息的形式对系统误差产生影响，还将反映在速度和位置信息的获取中，直接影响系统导航精度。因此，初始对准需要实现快速性和准确性两项关键指标，而这两项指标的实现通常是互相矛盾的。因此，开展在短时间内完成高精度初始对准的研究对于提升车载系统的反应能力和定位定向精度具有至关重要的意义。

根据对准过程的原理，可分为粗对准和精对准两个阶段，粗对准阶段利用惯性传感器的测量信息初步求解姿态矩阵，常用方法主要为解析式粗对准和惯性系粗对准，解析式粗对准利用重力加速度和地球自转角速率在不同坐标系下的投影来获取姿态矩阵，一般情况下，对准地点的地理位置是已知的，因此重力加速度和地球自转角速率矢量在导航坐标系下的投影也是已知的，姿态矩阵即可通过重力加速度和地球自转角速率矢量在载体系和导航系之间的转换关系获得。

然而，解析式粗对准方法只适用于静基座环境，该方法将姿态矩阵视为常值，且假定陀螺测量输出即为地球自转角速率矢量，加速度计测量输出为重力加速度矢量。事实上，在强干扰环境下，姿态矩阵并不是固定不变的，同时较大的干扰角速率使陀螺输出中的有效信息难以被提取，以上假设不再成立。因此，在大幅度干扰的恶劣环境下对准精度低，无法完成有效的初始对准。

惯性系粗对准先对姿态矩阵进行分解，间接利用双矢量定姿原理解算姿态；精对准阶段以粗对准解算的姿态初值为基础，假定姿态失准角为小角度误差，以惯性器件误差和导航误差为观测量，对失准角进行最优估计以获取精确的姿态矩阵。

惯性系粗对准方法能适应晃动环境，但并未有效利用全部量测信息，不能达到最优的对准精度。在现有对准方法的基础上，如何在晃动干扰环境下完成高精度初始对准是本发明聚焦的关键问题。

发明内容

为了解决相关技术中在大幅度晃动干扰情况下传统粗对准方法对准精度不高的问题，本申请实施例提供了一种惯性测量单元对准方法。本申请通过TRIAD(the three-axis attitude determination，双矢量定姿)和REQUEST(quaternion estimation，递推四元数估计)算法完成粗对准，基于已存储历史时刻的惯性器件测量信息进行卡尔曼滤波精对准，提供了一种能够适用于晃动摇摆环境、有效权衡对准时间和对准精度的组合对准方法。技术方案如下：

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，得到所述初始对准结果；