一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于單軸調(diào)制激光慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單軸調(diào)制激光陀螺慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用慣性敏感元件測量載體相對于慣性空間的線運(yùn)動和角運(yùn)動 參數(shù)，在給定的運(yùn)動初始條件下根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，推算載體的瞬時速度和位置，一般還可 以獲得載體的姿態(tài)信息。
[0003] 慣導(dǎo)系統(tǒng)屬于自主導(dǎo)航，具備其他導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的諸多優(yōu)點，在導(dǎo)航過程中，無 需依賴任何外部信息，只需依賴自身陀螺儀和加速度計這兩種慣性儀表，便可完成自主導(dǎo) 航。其可以連續(xù)提供運(yùn)載體的位置、速度、姿態(tài)等全部導(dǎo)航參數(shù)，并且具有很高的短時精度 和穩(wěn)定性，隱蔽性強(qiáng)、全天候、不受地域限制和不易受人為外界干擾等突出優(yōu)點，因而被廣 泛應(yīng)用于航天、航空及航海等領(lǐng)域。
[0004] 激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點，能自主地提供載 體的位置、速度和姿態(tài)等信息，是艦船安全航行的保障。對于單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)，在正常導(dǎo)航解算得到慣性測量組件（MU)的姿態(tài)后必須扣除調(diào)制軸測角值為零位置的 MU姿態(tài)，然而該姿態(tài)不可直接送給艦上用戶，必須將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系和艦上用戶坐標(biāo) 系進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定。
[0005] 艦載雷達(dá)、光電等探測系統(tǒng)的正常工作都需要精確的艦船姿態(tài)信息，而艦船姿態(tài) 信息一般都是由艦載慣導(dǎo)系統(tǒng)提供。這些艦上用戶在使用慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的姿態(tài)信息之前必 須將二者的坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定。
[0006] 為方便激光慣導(dǎo)系統(tǒng)上艦后其坐標(biāo)系和艦上用戶坐標(biāo)系的統(tǒng)一標(biāo)定工作，激光慣 導(dǎo)的慣性裝置上設(shè)置水平基面、方位鏡等標(biāo)校工裝，作為本設(shè)備測量坐標(biāo)系的物理復(fù)現(xiàn)，并 采用相應(yīng)的標(biāo)定方法給出本設(shè)備測量坐標(biāo)系與艦艇甲板坐標(biāo)系之間安裝誤差矢量角。所以 在上艦之前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定工作，實現(xiàn)激光慣導(dǎo)系統(tǒng)坐標(biāo)系和標(biāo)校工裝坐標(biāo)系的統(tǒng)一。 同時當(dāng)作為激光慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心部件MU出現(xiàn)不可修復(fù)故障時，必須在現(xiàn)場進(jìn)行快速更 換。采用傳統(tǒng)的光學(xué)方法對更換后的MU進(jìn)行標(biāo)定，需要耗費(fèi)較長時間。由于艦上環(huán)境惡 劣、空間狹小、艦船處于搖擺狀態(tài)，這些使得重新安裝MU后在艦上進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)一標(biāo)定變 得極為困難，導(dǎo)致慣性裝置不能及時恢復(fù)工作，影響設(shè)備正常使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)單軸調(diào)制激光陀 螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系和慣性裝置上設(shè)置的水平基面、方位鏡等標(biāo)校工裝坐標(biāo)系的統(tǒng)一標(biāo) 定的方法，避免更換IMU后再次采用光學(xué)的方法進(jìn)行標(biāo)定。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法，包括以下步驟：a)、系統(tǒng)上電啟動后進(jìn)入準(zhǔn)備階段，確定頂U(kuò)安裝基 面姿態(tài)；b)、錄取導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)；c)、標(biāo)校軟件讀取原始數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角計算；d)、 大理石標(biāo)校完成；e)、方位鏡標(biāo)校準(zhǔn)備；f)、確定慣導(dǎo)水平基面和方位鏡法線方向；g)、錄 取導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)；h)、標(biāo)校軟件讀取原始數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角計算；i)、方位鏡標(biāo)校完 成。
[0009] 所述的一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其步驟a)至步 驟d)中大理石標(biāo)校的具體步驟為：
[0010] 將頂U(kuò)通過高精度快速定位系統(tǒng)與其底部安裝基面固連，同時通過差分電子水平 儀將大理石平臺調(diào)水平，保證IMU安裝基面和大理石平臺臺面的平行度，然后通過陀螺經(jīng) 煒儀來確定標(biāo)校鏡的航向HM，通過上位機(jī)錄取三個半小時導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)，開始錄數(shù)時刻確 保標(biāo)校鏡法線方向正對著陀螺經(jīng)煒儀，每半小時將頂U(kuò)航向變化180度以增強(qiáng)在對準(zhǔn)時 Kalman濾波器對航向的觀測性，最后半小時應(yīng)該確保標(biāo)校鏡的法線方向正對著陀螺經(jīng)煒 儀；
[0011] 待原始數(shù)據(jù)錄取完畢后通過導(dǎo)航仿真軟件讀取導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航解算，得到 MU當(dāng)前姿態(tài)角度：縱搖為P:，橫搖為&，航向為托，進(jìn)而得到頂U(kuò)當(dāng)前姿態(tài)和頂U(kuò)安裝基面 姿態(tài)之間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角。
[0012] 所述的一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其IMU當(dāng)前姿態(tài) 和IMU安裝基面姿態(tài)之間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角的計算流程如下：
[0013](1)、計算關(guān)于航向第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltH1:
[0014] deltH^
[0015]
>對導(dǎo)航解算得到MU姿態(tài)矩 陣進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0016](2)、由姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣得到轉(zhuǎn)換后的頂U(kuò)姿態(tài)角：縱搖為Pi，橫搖為&，航向為氏，計 算關(guān)于縱搖第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltP1:
[0017] deltP^-P!
[0018]
對導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)矩陣 進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0019](3)、由姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣得到轉(zhuǎn)換后的頂U(kuò)姿態(tài)角：縱搖為P2，橫搖為私，航向為氏，計 算關(guān)于橫搖第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltR2:
[0020] deltR2=_R2
[0021]
對導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)矩陣 進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0022](4)、經(jīng)過以上三次姿態(tài)轉(zhuǎn)換后得到頂U(kuò)三個姿態(tài)角為：縱搖為P3，橫搖為R3，航向 為H3,令deltH3=HM_H3、deltP3=-P3、deltR3=-R3,若deltH3、deltP3、deltR3的絕對值均 小于0.003度，那么表示大理石標(biāo)校成功，否則重復(fù)進(jìn)行（1)、（2)、（3)中的操作，直到滿足 條件停止標(biāo)校。
[0023] 所述的一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其步驟e)至步 驟i)中的方位鏡標(biāo)校的具體步驟為：
[0024] 將頂U(kuò)通過高精度快速定位系統(tǒng)安裝于單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)調(diào)制轉(zhuǎn) 臺的安裝基面上，將慣導(dǎo)系統(tǒng)水平基面通過差分電子水平儀以及千斤頂進(jìn)行調(diào)平，在進(jìn)行 調(diào)平后通過陀螺經(jīng)煒儀確定被安裝于慣導(dǎo)系統(tǒng)上的方位鏡法線與真北的夾角Hf，之后由 上位機(jī)錄取不少于7個小時的慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)錄取完畢后通過導(dǎo)航仿真 軟件讀取導(dǎo)航原始數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航解算，得到MU在調(diào)制轉(zhuǎn)臺測角為零時刻的姿態(tài)：縱搖為 PINS，橫搖為RINS，航向為HINS，進(jìn)而得到慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)和慣導(dǎo)系統(tǒng)水平基面姿態(tài)角、方位鏡之 間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角。
[0025] 所述的一種單軸調(diào)制激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)多坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài) 和慣導(dǎo)系統(tǒng)水平基面姿態(tài)角、方位鏡之間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換歐拉角的計算流程如下：
[0026](1)、計算關(guān)于航向第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltH1:
[0027] deltH^Hf-HINS
[0028]
，對導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)矩陣 進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0029](2)、由姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣得到轉(zhuǎn)換后的頂U(kuò)姿態(tài)角：縱搖為Pi，橫搖為&，航向為氏，計 算關(guān)于縱搖第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltP1:
[0030] deltP^-Pi
[0031]
，對導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)矩陣 進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0032](3)、由姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣得到轉(zhuǎn)換后的頂U(kuò)姿態(tài)角：縱搖為P2，橫搖為私，航向為氏，計 算關(guān)于橫搖第一次轉(zhuǎn)換的歐拉角deltR2:
[0033] deltR2=_R2
[0034]
，對導(dǎo)航解算得到的姿態(tài)矩陣 進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換；
[0035](4)、經(jīng)過以上三次姿態(tài)轉(zhuǎn)換后得到頂U(kuò)三個姿態(tài)角為：縱搖為P3，橫搖為R3，航向 為H3,令deltH3=Hf_H3、deltP3=-P3、deltR3=-R3,若deltH3、deltP3、deltR3的絕對值均 小于0.003度，那么表示大理石標(biāo)校成功，否則重復(fù)進(jìn)行（1)、（2)、（3)中的操作，直到滿足 條件停止標(biāo)校。
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