專利名稱：一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及一種旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，特別涉及一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法。
背景技術(shù)：
要滿足長(zhǎng)航時(shí)高精度導(dǎo)航需求，關(guān)鍵是提高慣性器件的使用精度，然而研究表明， 慣性系統(tǒng)的精度90%以上取決于慣性器件的精度。長(zhǎng)航時(shí)高精度導(dǎo)航需求一般可以從研制高精度慣性器件或采用系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)抑制各類誤差因素的影響兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于前一方面而言，目前采用的靜電陀螺導(dǎo)航和監(jiān)控設(shè)備是精度最高的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，但是其成本昂貴、維修復(fù)雜、技術(shù)生命周期較短。若從技術(shù)成本及研制周期角度考慮，采用系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)抑制各類誤差因素的影響是一種更可取的技術(shù)措施。旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)屬于系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆懂?，它通過(guò)對(duì)慣性測(cè)量單元(IMU)的次序轉(zhuǎn)動(dòng)，將慣性器件漂移引起的導(dǎo)航誤差調(diào)制成均值為零的周期變化形式，從而抑制誤差發(fā)散， 提高長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航精度，尤其是在角運(yùn)動(dòng)情形下，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)較無(wú)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有更好的姿態(tài)保持精度。旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案按轉(zhuǎn)軸數(shù)量的多少可以分為單軸、雙軸、三軸等，單軸旋轉(zhuǎn)可以補(bǔ)償與旋轉(zhuǎn)軸垂直平面上慣性器件的誤差漂移，但是轉(zhuǎn)軸方向上的精度不能夠保證；雙軸旋轉(zhuǎn)可以補(bǔ)償三個(gè)軸向上慣性器件漂移，目前雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制的方法較多，但是調(diào)制的結(jié)果均不夠理想，因此，開(kāi)展雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制機(jī)理及誤差傳播機(jī)理研究，確定最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案，對(duì)滿足高精度長(zhǎng)航時(shí)導(dǎo)航需求是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決雙軸旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制方法的優(yōu)化問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，該旋轉(zhuǎn)方法通過(guò)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三個(gè)敏感軸(方位軸、俯仰軸和橫滾軸)方向上慣性器件的誤差，從而提高了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，同時(shí)保證了載體的平穩(wěn)性。一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，在該旋轉(zhuǎn)方法中，需預(yù)先設(shè)置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸ωζ與俯仰軸ωχ的旋轉(zhuǎn)速度滿足條件ωζ = 2 ω χ，基于此條件， 具體的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)步驟如下步驟一旋轉(zhuǎn)第一圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同向開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，方位軸在指定位置停留，而俯仰軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置時(shí)，方位軸再繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，方位軸在另一指定位置停留，而俯仰軸一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置，如此按照方位軸轉(zhuǎn)停的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)
一圈；步驟二旋轉(zhuǎn)第二圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同向開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，方位軸在指定位置停留，而俯仰軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置時(shí)，方位軸再繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)，方位軸在另一指定位置停留，而俯仰軸一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置，如此按照方位軸轉(zhuǎn)停的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)
一圈；步驟三旋轉(zhuǎn)第三圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在初始位置停止設(shè)定時(shí)間，俯仰軸正向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，兩軸在指定位置到達(dá)相同的角度位置時(shí)，方位軸在該位置再次停止旋轉(zhuǎn)，俯仰軸繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸再次開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，兩軸再次在另一指定位置到達(dá)相同的角度位置，如此按照方位軸停轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；步驟四旋轉(zhuǎn)第四圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在初始位置停止設(shè)定時(shí)間，俯仰軸反向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，兩軸在指定位置到達(dá)相同的角度位置時(shí)，方位軸在該位置再次停止旋轉(zhuǎn)，俯仰軸繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸再次開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，兩軸再次在另一指定位置到達(dá)相同的角度位置，如此按照方位軸停轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；所述的指定位置為方位軸旋轉(zhuǎn)一圈過(guò)程中均勻設(shè)置的N個(gè)需要停止的位置，N的取值為2 8的正整數(shù)；采用上述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的四個(gè)步驟，重復(fù)多個(gè)周期，以實(shí)現(xiàn)雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)。有益效果(1)本發(fā)明綜合了雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)停結(jié)合方案的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)慣性測(cè)量單元三個(gè)軸上的誤差進(jìn)行調(diào)制，該旋轉(zhuǎn)方案能夠有效地提高導(dǎo)航的精度。(2)在本發(fā)明的技術(shù)方案中，俯仰軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)能夠保證載體的平穩(wěn)性，減少了沖擊振動(dòng)，而方位軸在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)只需進(jìn)行兩個(gè)位置的停留，減少了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。


圖1 一軸轉(zhuǎn)停一軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位方案；圖2 雙軸分別采取不旋轉(zhuǎn)、連續(xù)和轉(zhuǎn)停的旋轉(zhuǎn)方案經(jīng)度誤差補(bǔ)償效果圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，在本實(shí)施例中，按照如圖1 所示的旋轉(zhuǎn)方案進(jìn)行一個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)。圖1中的abed表示俯仰軸旋轉(zhuǎn)的方向，1234表示方位軸旋轉(zhuǎn)的方向。在該旋轉(zhuǎn)方法中，預(yù)先設(shè)置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸ω ζ與俯仰軸ω χ的旋轉(zhuǎn)速度滿足條件ωζ = 2 ω χ，基于此條件，具體的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)步驟如下步驟一旋轉(zhuǎn)第一圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同時(shí)從起點(diǎn)位置0°開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，方位軸到達(dá)180°位置時(shí)停止，此時(shí)俯仰軸旋轉(zhuǎn)到90°位置；方位軸停止旋轉(zhuǎn)直到俯仰軸到達(dá)180°位置時(shí)，方位軸開(kāi)始繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)俯仰軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸到達(dá)360°位置時(shí)停止，此時(shí)俯仰軸旋轉(zhuǎn)到270°位置；方位軸停止旋轉(zhuǎn)直到俯仰軸到達(dá)360°位置，由此完成第一圈的旋轉(zhuǎn)；
步驟ニ旋轉(zhuǎn)第二圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同時(shí) 從起點(diǎn)位置0°開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，方位軸到達(dá)180°位置時(shí)停止，此時(shí)俯仰軸旋轉(zhuǎn)到270°位 置；方位軸停止旋轉(zhuǎn)直到俯仰軸到達(dá)180°位置吋，方位軸開(kāi)始繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)俯仰軸 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸到達(dá)0°位置時(shí)停止，此時(shí)俯仰軸旋轉(zhuǎn)到90°位置；方位軸停止旋轉(zhuǎn)直 到俯仰軸到達(dá)0°位置，由此完成第二圈的旋轉(zhuǎn)；步驟三旋轉(zhuǎn)第三圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在0°位置停止，俯仰軸正向旋 轉(zhuǎn)，當(dāng)俯仰軸到達(dá)90°位置吋，方位軸開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸與俯仰軸同時(shí)到達(dá)180°位 置吋，方位軸在180°位置停止，而俯仰軸繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)270°位置吋，方 位軸再次開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸到達(dá)360°位置吋，俯仰軸到達(dá)360°位置，由此完成第 三圈的旋轉(zhuǎn)；步驟四旋轉(zhuǎn)第四圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在360°位置停止，俯仰軸反向旋 轉(zhuǎn)，當(dāng)俯仰軸到達(dá)270°位置吋，方位軸開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸與俯仰軸同時(shí)到達(dá)180° 位置吋，方位軸在180°位置停止，而俯仰軸繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)90°位置吋， 方位軸再次開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)方位軸到達(dá)0°位置吋，俯仰軸到達(dá)0°位置，由此完成第四 圈的旋轉(zhuǎn)；采用上述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的四個(gè)步驟，重復(fù)多個(gè)周期，以實(shí)現(xiàn)雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào) 制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)。針對(duì)本實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)方法，進(jìn)行驗(yàn)證推導(dǎo)說(shuō)明如下本次驗(yàn)證針對(duì)的是ー個(gè)周期內(nèi)的調(diào)制結(jié)果誤差，該驗(yàn)證過(guò)程將分為a-l、b-2、c-3、 d-4四個(gè)旋轉(zhuǎn)過(guò)程，其中，a_l是旋轉(zhuǎn)第一圈時(shí)的代號(hào)，b-2是旋轉(zhuǎn)第二圈時(shí)的代號(hào)，c-3是 旋轉(zhuǎn)第三圈時(shí)的代號(hào)，d-4是旋轉(zhuǎn)第四圈時(shí)的代號(hào)；若在該周期內(nèi)，誤差調(diào)制的結(jié)果為0或 者通過(guò)調(diào)整某一軸的轉(zhuǎn)速能夠?qū)⒄`差調(diào)制結(jié)果調(diào)制為趨近為0，則說(shuō)明本實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn) 方法較優(yōu)。針對(duì)a-l、b-2、c-3、d-4四個(gè)旋轉(zhuǎn)過(guò)程，下面進(jìn)行誤差調(diào)制結(jié)果的計(jì)算將繞俯仰軸和方位軸旋轉(zhuǎn)得到的旋轉(zhuǎn)變換矩陣分別記為Cx、Cz ‘ [1 0 0
權(quán)利要求
1 一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，其特征在于在該旋轉(zhuǎn)方法中，需預(yù)先設(shè)置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸ωζ與俯仰軸ωχ的旋轉(zhuǎn)速度滿足條件ωζ = 2ωχ， 基于此條件，具體的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)步驟如下步驟一旋轉(zhuǎn)第一圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同向開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，方位軸在指定位置停留，而俯仰軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置時(shí)，方位軸再繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)，方位軸在另一指定位置停留，而俯仰軸一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置，如此按照方位軸轉(zhuǎn)停的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；步驟二 旋轉(zhuǎn)第二圈時(shí)，將慣性測(cè)量單元繞慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和俯仰軸同向開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，方位軸在指定位置停留，而俯仰軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置時(shí)，方位軸再繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)，方位軸在另一指定位置停留，而俯仰軸一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 直到俯仰軸到達(dá)與方位軸相同的角度位置，如此按照方位軸轉(zhuǎn)停的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；步驟三旋轉(zhuǎn)第三圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在初始位置停止設(shè)定時(shí)間，俯仰軸正向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，兩軸在指定位置到達(dá)相同的角度位置時(shí)，方位軸在該位置再次停止旋轉(zhuǎn)，俯仰軸繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2 時(shí)，方位軸再次開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，兩軸再次在另一指定位置到達(dá)相同的角度位置，如此按照方位軸停轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；步驟四旋轉(zhuǎn)第四圈時(shí)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸在初始位置停止設(shè)定時(shí)間，俯仰軸反向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2時(shí)，方位軸開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，兩軸在指定位置到達(dá)相同的角度位置時(shí)，方位軸在該位置再次停止旋轉(zhuǎn)，俯仰軸繼續(xù)反向旋轉(zhuǎn)的時(shí)間為設(shè)定時(shí)間的1/2 時(shí)，方位軸再次開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，兩軸再次在另一指定位置到達(dá)相同的角度位置，如此按照方位軸停轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)直到旋轉(zhuǎn)一圈；所述的指定位置為方位軸旋轉(zhuǎn)一圈過(guò)程中均勻設(shè)置的N個(gè)需要停止的位置，N的取值為2 8的正整數(shù)；采用上述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的四個(gè)步驟，重復(fù)多個(gè)周期，以實(shí)現(xiàn)雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法，其特征在于所述步驟一和步驟二中，方位軸和俯仰軸的起點(diǎn)位置均為0°位置，指定位置為180° 位置，另一指定位置為360°位置；所述步驟三和步驟四中，方位軸和俯仰軸的起點(diǎn)位置均為360°位置，指定位置為 180°位置，另一指定位置為0°位置。
全文摘要
本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，為了解決雙軸旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制方法的優(yōu)化問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方法。在該旋轉(zhuǎn)方法中，需預(yù)先設(shè)置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸ωz與俯仰軸ωx的旋轉(zhuǎn)速度滿足條件ωz＝2ωx，基于此條件設(shè)計(jì)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)方法，該旋轉(zhuǎn)方法通過(guò)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三個(gè)敏感軸(方位軸、俯仰軸和橫滾軸)方向上慣性器件的誤差，從而提高了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，同時(shí)保證了載體的平穩(wěn)性。
文檔編號(hào)G01C21/20GK102538789SQ20111040940
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者付夢(mèng)印, 周元, 汪順亭, 王博, 鄧志紅 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)