[发明专利]基于加速度计输出增量的捷联惯性导航方法

摘要

本发明提供的是一种基于加速度计输出增量的捷联惯性导航方法。首先利用陀螺仪的输出计算出船舶的姿态信息和载体坐标系到地理坐标系之间的转换矩阵，然后利用解算得到的和载体坐标系到地理坐标系之间的转换矩阵将加速度计输出比力信息转换到地理坐标系，在地理坐标系上利用当前时刻的比力信息和上一时刻的比力信息得到当前时刻的加速度计输出增量，利用增量信息解算出舰船的加速度信息，然后利用计算得到的加速度信息解算出舰船的速度信息和位置信息。由于在计算加速度计输出增量时，利用当前时刻与上一时刻做差，将零位误差减掉，从而减小加速度计零位误差对系统的影响达到提高系统定位精度的目的。

主权项

一种基于加速度计输出增量的捷联惯性导航方法，其特征是：步骤一：舰船上的捷联惯性导航设备启动后，对导航设备进行冷启动；步骤二：在导航系统开始工作之后，首先利用陀螺仪的输出进行捷联惯性导航系统姿态解算；步骤三：利用步骤二的解算姿态，将相邻两次的加速度计输出值f^b(k‑1)和f^b(k)从载体坐标系转换到导航坐标系上，得到fⁿ(k‑1)和fⁿ(k)；步骤四：由步骤三得到的导航坐标系上的比力信息，得到相邻两时刻的导航解算速度方程为：${\stackrel{\·}{v}}^n(k-1)=f^n(k-1)+(2{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n(k-1)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n(k-1))v^n(k-1)$${\stackrel{\·}{v}}^n\left(k\right)=f^n\left(k\right)+({2\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n\left(k\right))\×v^n\left(k\right)$其中：分别为k‑1时刻和k时刻地球自转角速度在导航坐标系上的投影；分别为k‑1时刻和k时刻载体相对于地球的转动角速率在导航坐标系上的投影；vⁿ(k‑1)，、vⁿ(k)分别为k‑1时刻和k时刻载体速度在导航坐标系上的投影；步骤五：由k‑1时刻到k时刻，和的变化都是小量，忽略它们的变化，由步骤四中的式${\stackrel{\·}{v}}^n(k-1)=f^n(k-1)+(2{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n(k-1)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n(k-1))v^n(k-1)$和式${\stackrel{\·}{v}}^n\left(k\right)=f^n\left(k\right)+({2\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n\left(k\right))\×v^n\left(k\right)$做差得到：$({\stackrel{\·}{v}}^n\left(k\right)-{\stackrel{\·}{v}}^n(k-1))/H=(f^n\left(k\right)-f^n(k-1))/H+({2\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n\left(k\right))\×(v^n\left(k\right)-v^n(k-1))/H$也即：${\stackrel{\·}{a}}^n\left(k\right)=(f^n\left(k\right)-f^n(k-1))/H+({2\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n\left(k\right))\×{\stackrel{\·}{v}}^n\left(k\right)$其中，由k‑1时刻到k时刻时间长度为H，解微分方程式${\stackrel{\·}{a}}^n\left(k\right)=(f^n\left(k\right)-f^n(k-1))/H+({2\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ie}}^n\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{en}}^n\left(k\right))\×{\stackrel{\·}{v}}^n\left(k\right)$得到载体在k时刻的加速度信息；步骤六：在得到载体的加速度信息之后，对其进行一次积分运算，即：$v^n\left(k\right)=\underset{t_{k-1}}{\overset{t_k}{\∫}}{a}^n\left(k\right)\mathrm{dt}$得到载体在k时刻的速度；步骤七：在步骤六得到载体的速度信息之后，对速度进行一次积分，得到载体的位置信息，完成导航系统的导航定位。