專利名稱：基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測量方法，尤其涉及的是一種基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法。
(二)
背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是根據(jù)牛頓提出的相對慣性空間的力學(xué)定律，利用陀螺 儀、加速度計(jì)等慣性測量元件敏感載體的加速度，再根據(jù)給定的初始條件，通過 計(jì)算機(jī)進(jìn)行積分運(yùn)算得到各種導(dǎo)航參數(shù)，由于捷聯(lián)系統(tǒng)沒有平臺框架及相連的伺 服機(jī)構(gòu)，因而簡化了硬件，與平臺慣導(dǎo)相比具有體積小、重量輕、成本低、可靠 性比較高等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了越來越廣泛的的應(yīng)用，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度在 很大程度上取決于系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的精度。
粗對準(zhǔn)過程是對準(zhǔn)階段的初始部分，它的主要功能是將慣性平臺在短時間內(nèi) 粗略地調(diào)到水平和指北的方位上，以便在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精對準(zhǔn)。目前主要的粗對 準(zhǔn)方法有解析法、水平二階調(diào)平+方位估算法和慣性系改進(jìn)型粗對準(zhǔn)法。其中 解析法對于在靜基座條件的粗對準(zhǔn)能夠滿足要求；但是如果載體處于搖擺過程
中，這時陀螺儀測得的角速度已不是地球自轉(zhuǎn)角速度，如果載體有垂蕩、縱蕩、 橫蕩或隨機(jī)干擾比較大的時候，加速度計(jì)測量的也不是重力加速度，這時粗對準(zhǔn) 的效果將會變差，所以解析法在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。水平二階調(diào)平+方 位估算法不僅適用于靜基座粗對準(zhǔn)，也適用于搖擺基座下的粗對準(zhǔn)過程，而且具 有一定的抗干擾能力，但當(dāng)載體存在垂蕩、縱蕩、橫蕩或高頻隨機(jī)干擾時，對準(zhǔn) 性能就大大下降。慣性系改進(jìn)粗對準(zhǔn)方法對于靜基座、搖擺基座和存在垂蕩、縱 蕩、橫蕩或高頻隨機(jī)干擾或者干擾是近似周期性干擾時都有很好的性能。
旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一種自校正方法。它不需要引入外部校正信 息，能自動地對系統(tǒng)中慣性器件的常值偏差進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到自動抵消漂移對系統(tǒng) 精度的影響。因而可以提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)長時間工作的精度，充分發(fā)揮慣性導(dǎo)航 "自主式"的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)，還可以應(yīng)用較低精度的慣性器件，構(gòu)成 較高精度的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，有利于降低慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地提高旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對準(zhǔn)精 度的基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為 一種基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 粗對準(zhǔn)方法，其特征在于將慣性測量單元繞載體方位軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，即對水平方向 上慣性器件的常值偏差進(jìn)行調(diào)制，以此提高旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在慣性系粗對準(zhǔn)過 程中的精度，其具體步驟如下-
(1) 通過GPS確定載體的初始位置參數(shù)，將它們裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；
(2) 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的 數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
(3) 根據(jù)坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系(如附圖3)確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系和慣性坐
標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣7T。
其中，7;"為導(dǎo)航坐標(biāo)系"和地球坐標(biāo)系e間的變換矩陣，可由載體所在位置
的經(jīng)、緯度(Z、義)確定。
1 0 0 0sin丄cos丄 0 —cos丄 sin丄
sin /1cos義 0 一cos義 sin義 0 00 1
一sin義 一sin丄cosA cos丄cos義
cos義 0 一sin丄sin義 cos丄 cos〖sin義 sin丄
7T為地球坐標(biāo)系e和慣性坐標(biāo)系/間的變換矩陣，由于地球的轉(zhuǎn)動，可由時
間間隔^=卜^確定-
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中為地球自轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系得到轉(zhuǎn)換矩陣r.
<formula>formula see original document page 7</formula>
(4)慣性測量單元單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定初始時刻IMU坐標(biāo)系s與載體坐標(biāo) 系b重合，然后慣性測量單元繞載體坐標(biāo)系方位軸os正向以角速度《 = 6'"連續(xù)轉(zhuǎn)動(如附圖2):
imu轉(zhuǎn)動過程中，imu坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為:
cosW — sin^ 0 sin^y/ cos^ 0 0 0 1
《
《—、
cos W —sin W
少Vx sin W +cos W
《
將慣性測量單元旋轉(zhuǎn)后光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到載體
坐標(biāo)系下，得到慣性器件常值偏差的調(diào)制形式
sx cos W —弓sin W & sin W + f少cos W
利用四元數(shù)法對方向余弦矩陣微分方程力4。 =7^。[<^]進(jìn)行更新，經(jīng)過坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換得到imu坐標(biāo)系與基座慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣r， =7;"rv6 。
(5)確定慣性坐標(biāo)系和基座慣性坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系 旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于載體的搖擺，加速度計(jì)輸出中包含重力加速度
,、搖擺引起的干擾加速度^^'、 imu旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度"'和加速度計(jì)零 位誤差。
尸=_g'、. + W + "v + V
加速度計(jì)輸出在載體坐標(biāo)系上表示為
在imu旋轉(zhuǎn)角速度平穩(wěn)的條件下，根據(jù)式上式的轉(zhuǎn)換過程可知，加速度計(jì)
零位誤差和旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度被調(diào)制成周期變化的量，經(jīng)過下式的積分環(huán)節(jié)
后為零，所以基座慣性坐標(biāo)系下的速度值表示為
=一 f +〖 7;"('7;Wfifr
=-"。f+〖
令F^-fg'&， AFM-fr,。^rW/。由于^^近似為周期變化，經(jīng)過一個 周期的積分后產(chǎn)生的速度誤差近似為零。因此可以得到利用
時刻(,。< & < 42)的速度值K(&) 、 K&2)構(gòu)建輔助矢
r(^)x「(^)、『(^)xr(^)]x^^)。其中采用的兩個時間段要求分別大于載
體的搖擺周期，以便進(jìn)行完整周期的積分運(yùn)算。根據(jù)姿態(tài)矩陣最優(yōu)正交化的方法 構(gòu)建矩陣正交矢量計(jì)算《,。
"。&) x"" d=x [Cw)] [rw'(。xr，A2)]w。(^卜[7;'，'(。xrfe)]x[7;"r(^)]
由以上三個關(guān)系式列出7;'求取方法
7;'=x"。fe)了
(6)利用步驟(3)、 (4)、 (5)計(jì)算出的各個坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系確定粗 對準(zhǔn)結(jié)束后捷聯(lián)矩陣表達(dá)式
r; = n'' r,。
根據(jù)上兩式得到載體姿態(tài)角主值:
<formula>formula see original document page 9</formula>
航向角^定義域?yàn)?(T,36(T)，俯仰角6定義域?yàn)?-90°,90。)，傾斜角y定義 域?yàn)?-180°,180°)，得到載體姿態(tài)真值^;主 ^C2>0，^G±>0 = 4 Pg主+ 36()° > 0， Pg主< 0
%主+180。
^ =《
廣
^主
主
;>0
,主-18(T r』3〈0,y主〉0
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明打破了在旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中由 于IMU旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致解析法不適用這一問題，利用慣性系對準(zhǔn)適用于解決載體動 態(tài)環(huán)境下的對準(zhǔn)問題這一特性，提出了在旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中采用慣性系對準(zhǔn)的 方法。由于慣性測量單元的單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)可以將水平方向上的慣性器件常值偏差 進(jìn)行調(diào)制，因此可以有效地提高旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的粗對準(zhǔn)精度。
對本發(fā)明有益的效果說明如下
在Matlab仿真條件下，對該方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)
載體作三軸搖擺運(yùn)動。載體以正弦規(guī)律繞縱搖軸、橫搖軸和航向軸搖擺，其 數(shù)學(xué)模型為-
其中^、 /、 ^分別表示縱搖角、橫搖角和航向角的搖擺角度變量；《,、 L、 V^分別表示相應(yīng)的搖擺角度幅值；％、 w,、,分別表示相應(yīng)的搖擺角頻 率；A、 A、《分別表示相應(yīng)的初始相位；《,=2;r/7;， / = 9、 ；k、 ^， 7;表示 相應(yīng)的搖擺周期，A:為初始航向角。仿真時取4 = 15°，厶=10°， ^ = 5°， r,7s，
rr=5s， r,6s， &=30°。
載體的橫蕩、縱蕩和垂蕩引起的線速度為-
式中，/=^,乂2為地理坐標(biāo)系的東向、北向、天向。^0 =0,02m，4) =0.03w，JA=0.3m; &=7" 、=6s， 7^=8" ^為
上服從均勻分布的隨機(jī) 相位。
載體初始位置北緯45.7796°,東經(jīng)126.6705°;
初始姿態(tài)誤差角三個初始姿態(tài)誤差角均為零；
赤道半徑《=6378393.0附； 橢球度e-3.367e-3;
由萬有引力可得的地球表面重力加速度g。 =9.78049; 地球自轉(zhuǎn)角速度(弧度/秒)7.2921158e-5;
陀螺儀常值漂移0.01度/小時； 陀螺儀隨機(jī)游走0.001度/V^FW; 加速度計(jì)零偏l(T4g。； 加速度計(jì)噪聲10—6gfl;
常數(shù)；r = 3.1415926;
利用發(fā)明所述方法得到IMU靜止?fàn)顟B(tài)和IMU單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中載體失準(zhǔn) 角曲線，分別如圖4、圖5、圖6及圖7、圖8、圖9所示。結(jié)果表明有搖擺干擾 條件下，采用本發(fā)明方法可以獲得較高的粗對準(zhǔn)精度。

圖1為本發(fā)明的基于IMU單軸旋轉(zhuǎn)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法流程圖； 圖2為IMU轉(zhuǎn)動過程中，IMU坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系； 圖3為慣性系粗對準(zhǔn)過程中定義的各個坐標(biāo)系之間的相對位置關(guān)系； 圖4為載體搖擺條件下，基于IMU靜止時的載體水平東向失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn)曲線； 圖5為載體搖擺條件下，基于IMU靜止時的載體水平北向失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn)曲線； 圖6為載體搖擺條件下，基于IMU靜止時的載體方位失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn)曲線； 圖7為載體搖擺條件下，基于IMU單軸旋轉(zhuǎn)時的載體水平東向失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn) 曲線；
圖8為載體搖擺條件下，基于IMU單軸旋轉(zhuǎn)時的載體水平北向失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn) 曲線；圖9為載體搖擺條件下，基于IMU單軸旋轉(zhuǎn)時的載體方位失準(zhǔn)角實(shí)驗(yàn)曲線。 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述
(1) 通過GPS確定載體的初始位置參數(shù)，將它們裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；
(2) 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的 數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
(3) 根據(jù)坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系(如附圖3)確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系和慣性坐
標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣j;。
其中，7;"為導(dǎo)航坐標(biāo)系n和地球坐標(biāo)系e間的變換矩陣，可由載體所在點(diǎn)的 經(jīng)、緯度(Z、義)確定。
1 0 0 0 sin丄 cos丄 0 _cos￡ sin丄
sin義 cos/l 0 -cos/l sinA 0 00 1
-sin義 cos義 0
—sinlxos/l —sin丄sinzl cos丄 cos丄cos Acos Z sin A sin丄
(1)
7T為地球坐標(biāo)系e和慣性坐標(biāo)系z'間的變換矩陣，由于地球的轉(zhuǎn)動，可由時
間間隔A^卜^確定:
r =
cos ,.e A/ sin 0 _sin<y;, cos氣Af 0 0 0 1
(2)
其中q。為地球自轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系得到轉(zhuǎn)換矩陣7T,
—sin(義+ cos(義+ Af) 0
_sinZcos(^ + fi>feAf) — sin^sin(^ + ,eA0 cos丄 cos Z cos(義+ feA0cos丄sin(A + Ar) sin丄
(3)
(4)慣性測量單元單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定初始時刻IMU坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系 重合，然后慣性測量單元繞載體坐標(biāo)系方位軸ozA正向以角速度《 = 6" / s連續(xù)轉(zhuǎn) 動(如附圖2):
IMU轉(zhuǎn)動過程中，IMU坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為
cosW -sinfirf 0 sin (y/1 cos erf 0 0 0 1
(4)將慣性測量單元旋轉(zhuǎn)后光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到載體 坐標(biāo)系下，得到慣性器件常值偏差的調(diào)制形式
<formula>formula see original document page 13</formula>
利用四元數(shù)法對方向余弦矩陣微分方程2i'"' =7;'1《。^]進(jìn)行更新，經(jīng)過坐標(biāo)
轉(zhuǎn)換得到imu坐標(biāo)系與基座慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣T^ = r，7;6 。
(5)確定慣性坐標(biāo)系和基座慣性坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系 旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于載體的搖擺，加速度計(jì)輸出中包含重力加速度
gs'、搖擺引起的干擾加速度^"'5、 imu旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度^和加速度計(jì)零
位誤差v。
尸-f+W + "V (7)
加速度計(jì)輸出在載體坐標(biāo)系上表示為
在imu旋轉(zhuǎn)角速度平穩(wěn)的條件下，根據(jù)上式的轉(zhuǎn)換過程可知，加速度計(jì)零 位誤差和旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度被調(diào)制成周期變化的量，經(jīng)過下式的積分環(huán)節(jié)后 為零，所以基座慣性坐標(biāo)系下的速度值表示為
=—〖r,。 C'a +〖r,。 :r>'s. a (9)
A。 40
令j/'AF"'= j[:7^WaW"由于&'、'近似為周期變化，經(jīng)過一個 周期的積分后產(chǎn)生的速度誤差近似為零。因此可以得到
r=r'rio (10)
ho
利用&、 42時刻(^<^<^)的速度值Kfe) 、 r(42)構(gòu)建輔助矢量 M)xD、 [DxJ^2)]xD。其中采用的兩個時間段要求分別大于載 體的搖擺周期，以便進(jìn)行完整周期的積分運(yùn)算。根據(jù)姿態(tài)矩陣最優(yōu)正交化的方法 構(gòu)建矩陣正交矢量計(jì)算7^。
ru = 7;"r(,tl)
"。) x "。 &2) = [， f' )] x [， U]
="DU (11) ["。fe) x產(chǎn)fe)]x產(chǎn)(&)=["。r(" x r &2)] x [7;，'(42)]
由以上三個關(guān)系式列出《。求取方法
<formula>formula see original document page 14</formula>(6)利用步驟(3)、 (4)、 (5)計(jì)算出的各個坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系確定粗 對準(zhǔn)結(jié)束后捷聯(lián)矩陣表達(dá)式
" (13)
根據(jù)上兩式得到載體姿態(tài)角主值
<formula>formula see original document page 14</formula>
航向角^定義域?yàn)?0。,36(T)，俯仰角^定義域?yàn)?-90°,90°)，傾斜角y定義 域?yàn)?-18(T，18(T)，得到載體姿態(tài)真值
<formula>formula see original document page 14</formula><formula>formula see original document page 15</formula>
權(quán)利要求
1、一種基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過GPS確定載體的初始位置參數(shù)，將它們裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；(2)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；(3)根據(jù)坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣Tin；(4)慣性測量單元單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定初始時刻IMU坐標(biāo)系s與載體坐標(biāo)系b重合，然后慣性測量單元繞載體坐標(biāo)系方位軸ozb正向以角速度ω＝6°/s連續(xù)轉(zhuǎn)動；(5)確定慣性坐標(biāo)系和基座慣性坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系；(6)利用步驟(3)、(4)、(5)計(jì)算出的各個坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系確定粗對準(zhǔn)結(jié)束后捷聯(lián)矩陣表達(dá)式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>T</mi> <mi>s</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi></msubsup><msubsup> <mi>T</mi> <msub><mi>i</mi><mrow> <mi>b</mi> <mn>0</mn></mrow> </msub> <mi>i</mi></msubsup><msubsup> <mi>T</mi> <mi>s</mi> <msub><mi>i</mi><mrow> <mi>b</mi> <mn>0</mn></mrow> </msub></msubsup> </mrow>]]></math></maths>根據(jù)上兩式得到載體姿態(tài)角主值航向角 id="icf0003" file="A2009100724290002C3.tif" wi="4" he="3" top= "204" left = "46" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>定義域?yàn)?0°，360°)，俯仰角θ定義域?yàn)?-90°，90°)，傾斜角γ定義域?yàn)?-180°，180°)，得到載體姿態(tài)真值θ＝θ主
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法，其特征在于所述的確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣7;",t;"為導(dǎo)航坐標(biāo)系《和地球坐標(biāo)系e間的變換矩陣，由載體所在點(diǎn)的經(jīng)丄、 緯度^確定，<formula>formula see original document page 3</formula>77為地球坐標(biāo)系e和慣性坐標(biāo)系z'間的變換矩陣，由時間間隔=卜,。確定，<formula>formula see original document page 3</formula>其中ft^為地球自轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系得到轉(zhuǎn)換矩陣7T，<formula>formula see original document page 3</formula>
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對 準(zhǔn)方法，其特征在于所述的慣性測量單元單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定初始時刻IMU坐 標(biāo)系s與載體坐標(biāo)系b重合，然后慣性測量單元繞載體坐標(biāo)系方位軸04正向以角速度《 = 6""連續(xù)轉(zhuǎn)動中IMU轉(zhuǎn)動過程中，IMU坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為-<formula>formula see original document page 3</formula>將慣性測量單元旋轉(zhuǎn)后光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到載體坐標(biāo)系下，得到慣性器件常值偏差的調(diào)制形式:<formula>formula see original document page 4</formula>利用四元數(shù)法對方向余弦矩陣微分方程 ^ = ;"[<,,^]進(jìn)行更新，經(jīng)過坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換得到imu坐標(biāo)系與基座慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣r， = 7;"7:6 。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對 準(zhǔn)方法，其特征在于所述的確定慣性坐標(biāo)系和基座慣性坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，加速度計(jì)輸出中包含重力加速度^、搖擺引起的干擾加速度^r' 、 IMU旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度a'和加速度計(jì)零位誤差，加速度計(jì)輸出在載體坐標(biāo)系上表示為/《,在IMU旋轉(zhuǎn)角速度平穩(wěn)的條件下，加速度計(jì)零位誤差和旋轉(zhuǎn)引起的向心加速度被調(diào)制成周期變化的量，經(jīng)過下式的積分環(huán)節(jié)后為零，基座慣性坐標(biāo)系下的速度值表示為=—，f g'^ + ￡ r,。令"=—￡g"， af'。=r,。^^*，由于^^'近似為周期變化，經(jīng)過一 個周期的積分后產(chǎn)生的速度誤差近似為零，得到利用^、 ^時刻(^<^<^)的速度值W^)、 F(^)構(gòu)建輔助矢量 r(Q)x)7(^)、『(&)xF(^)]xr(4i)，其中采用的兩個時間段要求分別大于載 體的搖擺周期，根據(jù)姿態(tài)矩陣最優(yōu)正交化的方法構(gòu)建矩陣正交矢量計(jì)算7t ，"。(ux"" =[，'(,《)>[d2)]『，》"。(,』x"。(^[，rfe)xr(42)]x[7;'，'(,42)]《"[Uxr(42)]我》由以上三個關(guān)系式列出7I' 求取方法
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于單軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法。(1)通過GPS確定載體的初始位置參數(shù)；(2)采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；(3)根據(jù)坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣T_iⁿ；(4)慣性測量單元單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定初始時刻IMU坐標(biāo)系s與載體坐標(biāo)系b重合，然后慣性測量單元繞載體坐標(biāo)系方位軸oz_b正向以角速度ω＝6°/s連續(xù)轉(zhuǎn)動；(5)確定慣性坐標(biāo)系和基座慣性坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系；(6)利用步驟(3)、(4)、(5)計(jì)算出的各個坐標(biāo)系的相對轉(zhuǎn)換關(guān)系確定粗對準(zhǔn)結(jié)束后捷聯(lián)矩陣表達(dá)式。在有搖擺干擾條件下，采用本發(fā)明方法可以獲得較高的粗對準(zhǔn)精度。
文檔編號G01C21/10GK101629826SQ200910072429
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者偉 孫, 楓 孫, 孫巧英, 李國強(qiáng), 琦 王, 胡曉形, 薛媛媛, 袁俊佳, 真 郭 申請人:哈爾濱工程大學(xué)