[发明专利]一种基于冗余配置的捷联惯导系统单轴旋转调制方法

摘要

本发明的目的在于提供一种基于冗余配置的捷联惯导系统单轴旋转调制方法，采用一种四陀螺对称斜置式冗余配置方案装备捷联惯导系统，针对构成的四陀螺冗余系统特别设计了单轴连续旋转方案，根据系统方案计算等效在载体系上的陀螺仪测量值，将其带入系统进行导航解算，实时、连续地输出载体姿态、速度及位置导航参数。本发明不仅能够提高系统的可靠性，保证系统在单个陀螺仪发生故障时仍有效工作，而且还能够在不引入任何外部信息的条件下，消除由陀螺仪漂移引起的导航误差，进而提高系统的精度性能。该方法实现了导航系统更为全面的性能提升，在很大程度上保证系统长时间的有效工作，具有很高的工程应用价值。

主权项

一种基于冗余配置的捷联惯导系统单轴旋转调制方法，其特征是：(1)捷联惯导系统的陀螺仪数量为四个，对四个陀螺仪的安装结构采用对称斜置式冗余配置方案，构成四陀螺冗余式捷联惯导系统；(2)安装四陀螺冗余式捷联惯导系统至载体，使系统初始工作时刻的坐标系oxyz与载体系重合，其中x轴、y轴和z轴分别对应于载体系中的右、前、上坐标轴；(3)对步骤(1)中的四陀螺冗余式惯导系统采用单轴连续旋转方案，构成四陀螺冗余式单轴旋转惯导系统；(4)将四陀螺冗余式单轴旋转惯导系统中的四个陀螺仪的测量值分别投影到坐标系oxyz上，并进一步计算在单轴连续旋转条件下载体系上陀螺仪的等效测量值；陀螺仪测量值变换到载体系下的测量方程为${\mathrm{\ω}}_{ib}^b=C_s^b{\mathrm{\ω}}_{is}^s$式中，为陀螺仪测量值变换到载体系下的测量值；为由单轴旋转引起的坐标系oxyz到载体系的变换矩阵，即$C_s^b=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\ω}}_{r}t& -{\mathrm{sin\ω}}_{r}t& 0\\ {\mathrm{sin\ω}}_{r}t& {\mathrm{cos\ω}}_{r}t& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$为冗余配置中四陀螺仪测量值投影至坐标系oxyz上的等效测量值，即${\mathrm{\ω}}_{is}^s=\left[\begin{array}{cccc}-cos\mathrm{\α}& cos\mathrm{\α}& cos\mathrm{\α}& -cos\mathrm{\α}\\ -cos\mathrm{\α}& -cos\mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\\ \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\ω}}_2\\ {\mathrm{\ω}}_3\\ {\mathrm{\ω}}_4\end{array}\right]$ω_r为捷联惯导系统单轴旋转角速率，即ω_r＝2π/T_r；α为陀螺仪测量值等效至坐标系oxyz的变换矩阵参数，由四陀螺冗余配置结构决定α＝54.73°；ω₁、ω₂、ω₃和ω₄分别为四个陀螺仪的测量值；(5)将步骤(4)计算得到的代入导航解算过程，使系统实时连续地输出载体的姿态、速度和位置的导航信息，直至导航任务结束。