[发明专利]一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法

摘要

一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，利用解析法完成粗对准过程，接着进行水平精对准和方位精对准，方位精对准分为三个阶段，每个阶段根据该阶段的特性选用不同的调整时间和衰减系数来确定对准参数，基于对准参数计算加速度修正量和角速度修正量，对输入的加速度信息和角速度信息进行修正，利用修正后的信息进行四元数解算得到初始姿态角，完成精对准过程。本发明通过采集陀螺仪和加速度计数据利用解析法和罗经法完成初始对准，无需利用其他传感器信息，保证初始对准的安全性和保密性；本发明针对不同阶段的对准特性选用最佳的调整时间和衰减系数，从而计算其他的对准参数，提高对准曲线的快速收敛性以及抗干扰性能。

主权项

1.一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，其特征是分为粗对准和精对准两步，首先利用解析法完成粗对准过程，然后进行水平精对准和方位精对准，基于精对准参数计算加速度修正量和角速度修正量，对输入捷联惯性导航系统的加速度信息和角速度信息进行修正，利用修正后的信息进行四元数解算得到初始姿态角，完成精对准过程，包括以下步骤：1)对准前首先确定自对准的精对准参数，包括各阶段阻尼比ξ、衰减系数σ、调整时间t_s、对准时间T_i以及由所述参数计算出的各阶段其他阻尼参数；精对准分段进行，按照选用对准参数的不同设计水平精对准为一个阶段，方位精对准为三个阶段，具体如下：水平精对准阶段：对准时间为T₁＝100sξ=12,]]>σ＝0.045，ts=3σ=66.7]]>方位精对准第一阶段：对准时间T₂＝300sξ=12,]]>σ＝0.02，ts=3σ=150]]>方位精对准第二阶段：对准时间T₃＝300sξ=12,]]>σ＝0.015，ts=3σ=200]]>方位精对准第三阶段：对准时间T₄＝300sξ=12,]]>σ＝0.01，ts=3σ=300]]>根据阻尼比ξ和衰减系数σ按下式计算各阶段其他阻尼参数：捷联惯导系统采用东北天坐标系，根据捷联惯导系统水平罗经对准原理，得到水平精对准阶段系统各阶的阻尼参数：K₁＝3σK2=σ2ωs2(2+1ξ2)-1]]>K3=σ3gξ2]]>根据捷联惯导系统方位罗经对准原理，得到方位精对准阶段系统各阶的阻尼参数：K′₁＝K′₄＝2σK′2=4σ2ωs2-1]]>K′3=4σ4g]]>其中，g为重力加速度，R为地球半径；2)利用解析法进行粗对准，确定初始姿态矩阵以及初始航向角初始纵摇角θ₀和初始横摇角γ₀；3)在步骤2)粗对准的基础上开始精对准过程，按照精对准所分阶段，每个阶段均由对准回路计算出导航坐标系下加速度修正信息和角速度修正信息所述导航坐标系为东北天坐标系；4)将步骤3)中计算所得的加速度修正信息和角速度修正信息转换到载体坐标系上，即为导航坐标到载体坐标的转换矩阵，从而对捷联惯性导航系统中的加速度计的比力和陀螺仪的角速度进行修正，即5)利用步骤4)中修正过的比力信息和角速度信息使用四元数更新算法计算本姿态解算周期的姿态矩阵，从而确定对应的纵摇角、横摇角和航向角，输出更新后的姿态；6)步骤3)至5)为一个姿态解算周期，重复步骤3)至5)进行下一个姿态解算周期的计算，得到对应姿态解算周期载体的纵摇角、横摇角和航向角，直到周期总时间达到步骤1)中所确定的各阶段的对准时间T_i，完成精对准，输出最后一个周期更新的姿态；7)完成水平精对准和方位精对准后对准过程结束，得到精确的姿态角，实现捷联惯性导航系统自对准。