[发明专利]一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法

摘要

本发明公开了一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法。针对构成的四陀螺冗余系统特别设计了8次序的对称双轴旋转调制方案，根据冗余配置和系统旋转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捷联惯导系统的可靠性，保证系统在单个陀螺仪发生故障时有效工作，而且还能够在不引入任何外部信息的条件下，消除由陀螺仪漂移产生的导航误差，更好地保证系统的精度性能。本发明实现了导航系统更为全面的性能提升，在很大程度上可以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

1.一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：增加捷联惯导系统陀螺仪数量至4，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；步骤二：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，构建侧面为等边三角形、底面为正方形、且侧面与底面夹角为54.73°的五面体，选取底面中心为坐标系原点o，底面的两个对角线分别为x轴和y轴，z轴与x轴及y轴构成右手直角坐标系oxyz，安装四个陀螺仪使四个陀螺仪的测量轴相交于原点o，且分别垂直于五面体的四个侧面，即四个陀螺仪的测量轴与xyz三轴所在直线的夹角均为54.73°，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；步骤三：利用旋转机构，对步骤一中的四陀螺冗余式捷联惯导系统采用8次序对称双轴旋转方案，构成四陀螺冗余式双轴旋转惯导系统；8次序对称双轴旋转方案为：转动次序1，IMU框架绕x轴正转180°；转动次序2，绕z轴正转180°；转动次序3，绕x轴反转180°；转动次序4，绕z轴反转180°回到初始位置，次序5‑8按照次序1‑4相反的方向转动IMU框架；捷联惯导系统绕坐标轴做连续旋转，各次序旋转时间均为75秒，IMU框架完成8次序对称旋转的周期为10分钟；步骤四：将四陀螺冗余式双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，并进一步计算在双轴旋转条件下载体系上陀螺仪的等效测量值；根据惯导系统的冗余方案，得到四个陀螺仪的测量值：其中，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；ω1、ω2、ω3和ω4分别为四个陀螺仪的测量值；利用最小二乘法估计出旋转坐标系oxyz下的角速度后，可得到变换到载体系下的等效测量值为式中，为陀螺仪在载体系下的测量值；为绕坐标轴旋转引起的旋转系oxyz到载体系的变换矩阵；8次序双轴对称旋转方案的变换矩阵为ω为捷联惯导系统绕坐标轴旋转角速率，即ω＝2π/Tr；Tr为每次序的旋转周期；步骤五：将步骤四计算得到的代入传统捷联惯性导航解算过程，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。