[发明专利]一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法。

背景技术

捷联惯性导航系统（SINS）是一种完全自主的导航系统，它利用陀螺测量的载体角速度信息和加速度计测量的比力信息，在初始信息的基础上进行积分运算，可以连续、实时地提供位置、速度和姿态信息，具有隐蔽性好、不受气候条件限制、不受干扰等优点，已广泛应用于航空、航天、航海等领域。

初始对准的目的是为了获得载体坐标系相对于导航坐标系的坐标变换矩阵即姿态矩阵的初始值，对准精度将直接影响着惯导系统的导航精度。

初始对准可以分为自主式和受控式两种，通常的自主式对准又可以分为单位置和双位置对准方法。单位置初始对准方法利用陀螺和加速度计输出的信息即可计算出载体的初始姿态，但是由于陀螺和加速度计存在漂移，导致对准精度不高；双位置初始对准利用互成90度或180度的两个位置抵消陀螺常值漂移和加速度计零偏，能够取得比单位置更高的精度；四位置初始对准利用互相正交的四位置的陀螺和加速度计输出信息，对两组互成180度的两个位置分别计算的初始姿态角进行平均，能够获得更高的对准精度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，本发明能够提高SINS的初始对准精度。

本发明的技术解决方案为：一种捷联惯性导航系统（SINS）初始对准方法。其特征在于将惯性测量单元（IMU）从初始位置依次转过三个位置，且这四个位置相互正交，利用四个位置的陀螺和加速度计数据确定初始航向角、俯仰角和横滚角，由初始姿态角信息确定初始姿态矩阵，完成初始对准，进行后续导航。

具体步骤如下：

（1）保持SINS在初始对准位置即第一位置（P1）静止不动，采集1~2分钟陀螺和加速度计数据；

（2）利用转位机构实现IMU绕机体系的                                                轴相对于第一位置（P1）逆时针转动，即到达第二位置（P2），保持SINS在该位置静止不动，采集1~2分钟陀螺和加速度计数据；

（3）利用转位机构实现IMU绕机体系的轴相对于第二位置（P2）逆时针转动，即到达第三位置（P3），保持SINS在该位置静止不动，采集1~2分钟陀螺和加速度计数据；

（4）利用转位机构实现IMU绕机体系的轴相对于第三位置（P3）逆时针转动，即到达第四位置（P4），保持SINS在该位置静止不动，采集1~2分钟陀螺和加速度计数据；

（5）利用采集到的四位置陀螺和加速度计数据计算SINS的初始俯仰角、横滚角和航向角，由姿态角信息确定初始姿态矩阵完成初始对准，进行后续导航。

本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比，利用互相正交的四位置的陀螺和加速度计输出信息，抵消陀螺常值漂移和加速度计零偏，对两组互成180度的两个位置分别计算的初始姿态角进行平均，能够获得更高的对准精度。

附图说明

图1是本发明的四位置初始对准流程图。

图2是航向角示意图，表示从导航坐标系绕轴逆时针旋转与机体坐标系重合，即为航向角。

图3是俯仰角示意图，表示从导航坐标系绕轴逆时针旋转与机体坐标系重合，即为俯仰角。

图4是横滚角示意图，表示从导航坐标系绕轴逆时针旋转与机体坐标系重合，即为横滚角。

具体实施方式

本发明的原理是：

选取东-北-天地理坐标系作为参考系，机体系为右-前-上，地理系到机体系的转换矩阵可用如下矩阵表示：

  ；   （1）

上式中：表示地理系，表示机体系，，和分别代表航向角，俯仰角和横滚角。

初始对准时，考虑陀螺的常值漂移，在第个位置机体系三正交轴向上陀螺静止敏感地球自转角速度分别为：

  ，   （2）

    ，（3）

    ，（4）

     ；（5）