專利名稱：一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自主標(biāo)定領(lǐng)域，涉及一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定的方法， 特別涉及一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的光纖陀螺平臺(tái)捷聯(lián)混合式系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
對于長航時(shí)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，重調(diào)周期為幾天甚至十幾天，因此在線自主標(biāo)定慣性器件關(guān)鍵參數(shù)的方法是十分必要的。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定方法僅能利用已知地點(diǎn)的重力加速度和地球自轉(zhuǎn)角速度進(jìn)行慣性器件的關(guān)鍵參數(shù)檢測。由于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)俯仰軸與載體固連，使得系統(tǒng)橫滾軸與水平面的夾角無法消除；同時(shí)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方位軸和橫滾軸有全自由度，因此雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)既有平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠隔離載體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)其導(dǎo)航算法與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)又有相似之處，因而在進(jìn)行自主在線標(biāo)定時(shí)需要對其姿態(tài)角進(jìn)行預(yù)先估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中系統(tǒng)橫滾軸與水平面夾角無法消除的問題，本發(fā)明提供了一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，解決了雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中系統(tǒng)橫滾軸與水平面夾角無法消除的問題，為其姿態(tài)角的預(yù)先估計(jì)提供了可靠依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在線自主標(biāo)定的目的。一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，該方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下步驟一慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對準(zhǔn)對于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，采用捷聯(lián)算法對其進(jìn)行初始對準(zhǔn)，得到三個(gè)軸的初始姿態(tài)角；采用角度傳感器與轉(zhuǎn)軸上的伺服電機(jī)構(gòu)成的回路控制方位軸的旋轉(zhuǎn)，使北向陀螺的橫滾軸在水平面上的投影指向正北；再采用該回路控制橫滾軸旋轉(zhuǎn)，使東向陀螺的俯仰軸指向正東；根據(jù)初始姿態(tài)角和回路控制的方位軸和橫滾軸旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)算垂向陀螺的坐標(biāo)與天向的夾角為θ ；此時(shí)該夾角與載體的實(shí)際俯仰角相同，是橫滾軸與水平面的夾角；步驟二 采用地球自轉(zhuǎn)角速度標(biāo)定陀螺的常值漂移和刻度因數(shù)地球自轉(zhuǎn)角速度北向分量為《ieC0SL，天向分量為coieSinL，其中為地球自轉(zhuǎn)角速率，L為當(dāng)?shù)鼐暥?；通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)，將系統(tǒng)的俯仰軸χ、橫滾軸y、方位軸 ζ的位置記為位置1 ；在系統(tǒng)三軸處于位置1的情況下將系統(tǒng)繞方位軸旋轉(zhuǎn)180°，此時(shí)橫滾軸在水平面的投影指向正南，將該位置記為位置2 ；回路穩(wěn)定后，根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)情況和噪聲水平連續(xù)采樣一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，求取均值， 得到δ ω yl = ky ω ie cosLcos θ +ky ω ie sinLsin θ + ε y (1)
δ ωζ1 = -kz ω ie cosLsin θ +kz ω ie sinLcos θ + ε ζ (2)δ coy2 = -ky ω ie cosLcos θ -ky ω ie sinLsin θ + ε y (3)其中，δ ωη> δ ωζ1、δ ωy2分別為y軸陀螺在位置1時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值、ζ軸陀螺在位置1時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值和y軸陀螺在位置2時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；通過方程(1)和(3)，求得橫滾軸陀螺的常值漂移ε y以及刻度因數(shù)ky為
權(quán)利要求
1. 一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，其特征在于該方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下步驟一慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對準(zhǔn)對于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，采用捷聯(lián)算法對其進(jìn)行初始對準(zhǔn)，得到三個(gè)軸的初始姿態(tài)角；采用角度傳感器與轉(zhuǎn)軸上的伺服電機(jī)構(gòu)成的回路控制方位軸的旋轉(zhuǎn)，使北向陀螺的橫滾軸在水平面上的投影指向正北；再采用該回路控制橫滾軸旋轉(zhuǎn)，使東向陀螺的俯仰軸指向正東；根據(jù)初始姿態(tài)角和回路控制的方位軸和橫滾軸旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)算垂向陀螺的坐標(biāo)與天向的夾角為θ ；此時(shí)該夾角與載體的實(shí)際俯仰角相同，是橫滾軸與水平面的夾角； 步驟二 采用地球自轉(zhuǎn)角速度標(biāo)定陀螺的常值漂移和刻度因數(shù)地球自轉(zhuǎn)角速度北向分量為《ieC0SL，天向分量為coieSinL，其中為地球自轉(zhuǎn)角速率，L為當(dāng)?shù)鼐暥龋煌ㄟ^慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)，將系統(tǒng)的俯仰軸χ、橫滾軸y、方位軸ζ的位置記為位置1 ；在系統(tǒng)三軸處于位置1的情況下，將系統(tǒng)繞方位軸旋轉(zhuǎn)180°，此時(shí)橫滾軸在水平面的投影指向正南，將該位置記為位置2 ；回路穩(wěn)定后，根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)情況和噪聲水平連續(xù)采樣一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，求取均值，得到δ coyl = ky coie cosLcos θ +ky ω ie sinLsin θ + ε y (1) δ ωζ1 = -kz ω ie cosLsin θ +kz ω ie sinLcos θ + ε ζ (2) δ coy2 = -ky ω ie cosLcos θ -ky ω ie sinLsin θ + ε y (3)其中，δ yl> δ ωζ1、δ coy2分別為y軸陀螺在位置1時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值、ζ軸陀螺在位置1時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值和y軸陀螺在位置2時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；通過方程(1)和(3)，求得橫滾軸陀螺的常值漂移ey以及刻度因數(shù)1^為ε -----—J 2k __δωγ1 - δωγ2_J 2ω ε (cos L cos ^ + sin Z sin在系統(tǒng)三軸處于位置1的情況下，將系統(tǒng)繞橫滾軸旋轉(zhuǎn)180°，此時(shí)方位軸與地向軸的夾角為θ，將該位置記為位置3;回路穩(wěn)定后，根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)情況和噪聲水平連續(xù)采樣一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，求取均值，得到δ ω z3 = kz ω ie cosLsin θ -kz ω ie sinLcos θ + ε z (4) 其中，δ ω ζ3表示ζ軸陀螺在位置3時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值； 通過方程( 和G)，求得方位軸陀螺的常值漂移εζ以及刻度因數(shù)1^為_δωζ1+δωζ3 Sz~ ^2^k =_δωζ1-δωζ2_ζ 2ω ε (sin Z sin ^ - cosL cos在系統(tǒng)三軸處于位置1的情況下，將系統(tǒng)繞方位軸旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)東向陀螺的俯仰軸在水平面上的投影指向正北，將該位置標(biāo)記為位置4 ；在系統(tǒng)三軸處于位置1的情況下，將系統(tǒng)繞方位軸旋轉(zhuǎn)270°，此時(shí)東向陀螺的俯仰軸在水平面上的投影指向正南，將該位置標(biāo)記為位置5 ；回路穩(wěn)定后，根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)情況和噪聲水平連續(xù)采樣一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，求取均值，得到δ ω x4 = kx ω ie cosLcos θ +kx ω ie sinLsin θ + ε χ (5) δ ωχ5 = -kx ω ie cosLcos θ -kx ω ie sinLsin θ + ε χ (6)通過方程( 和(6)，求得俯仰軸陀螺的常值漂移εχ和刻度因數(shù)1^為_δωΙ± + δωιΣ Sx~ ^2^k =_δω,4~δωΧ5_χ 2ω ε (cos L cos ^ + sin Z sin θ)從而求得系統(tǒng)俯仰軸、橫滾軸和方位軸陀螺的常值漂移和刻度因數(shù)，完成陀螺的常值漂移和刻度因數(shù)的標(biāo)定；步驟三利用重力加速度標(biāo)定加表的零偏和刻度因數(shù)將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三軸旋轉(zhuǎn)到位置1'，所述位置1'中，方位軸與天向軸成θ角，橫滾軸與北向軸的夾角為θ，俯仰軸與東向軸重合；在該位置情況下，采集一段時(shí)間的方位軸加表的輸出，求取平均值，得到 Azl = Bz+Kzgcos θ (7)其中，Azl表示ζ軸加表在位置1'時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；在系統(tǒng)三軸處于位置1'的情況下，將系統(tǒng)繞橫滾軸旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)方位軸指向西，俯仰軸與天向軸的夾角為θ，將該位置記為位置2'；在該位置情況下，采集一段時(shí)間的俯仰軸加表的輸出，求取平均值，得到 Ax2 = Bx+Kxgcos θ (8)其中，Ax2表示χ軸加表在位置2'時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；在系統(tǒng)三軸處于位置2'的情況下，將系統(tǒng)繞橫滾軸旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)俯仰軸指向西，方位軸與地向軸的夾角為θ，將該位置記為位置3'；在該位置情況下，采集一段時(shí)間的方位軸加表的輸出，求取平均值，得到 Az3 = Bz-Kzgcos θ (9)其中，Az3表示ζ軸加表在位置3'時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；在系統(tǒng)三軸處于位置3'的情況下，將系統(tǒng)繞橫滾軸旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)方位軸指向東，俯仰軸與地向軸的夾角為θ，將該位置記為位置4'；在該位置情況下，采集一段時(shí)間的俯仰軸加表的輸出，求取平均值，得到 Ax4 = Bx-Kxgcos θ (10)其中，Ax4表示χ軸加表在位置4'時(shí)的輸出數(shù)據(jù)均值；聯(lián)立方程式(7)到(10)，求得俯仰軸加表的零偏Bx和刻度因數(shù)Kx以及方位軸加表的零偏Bz和刻度因數(shù)Kz為 β _ Ac2 + β _ Al + A3
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，其特征在于采集數(shù)據(jù)的時(shí)間為5分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，其特征在于采集數(shù)據(jù)時(shí)采樣的頻率為100Hz。
全文摘要
本發(fā)明屬于自主標(biāo)定領(lǐng)域，為了解決雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中系統(tǒng)橫滾軸與水平面夾角無法消除的問題，本發(fā)明提供了一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定方法，該方法通過步驟二中陀螺的常值漂移和刻度因數(shù)以及步驟三中加表的零偏和刻度因數(shù)的求取，從而實(shí)現(xiàn)了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的在線自主標(biāo)定。解決了雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中系統(tǒng)橫滾軸與水平面夾角無法消除的問題，為其姿態(tài)角的預(yù)先估計(jì)提供了可靠依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在線自主標(biāo)定的目的。
文檔編號(hào)G01C21/18GK102564452SQ201110409988
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者付夢印, 周元, 汪順亭, 王博, 鄧志紅 申請人:北京理工大學(xué)