[发明专利]一种高精度多惯导系统姿态精度评定方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航姿态动态精度评定技术领域，特别涉及高精度高精度惯导系统、激光跟踪仪、摇摆台、电子水平仪、经纬仪等测量设备，适用于对多套惯性导航系统姿态精度同时评定。

背景技术

激光陀螺惯性导航系统具有精度高的优势，近年来通过旋转调制技术使得舰船用的激光陀螺惯性导航系统精度有显著提升，姿态精度能够达到1.7′(RMS)，航向精度2′(RMS)，为了验证激光陀螺惯性导航系统实际动态姿态精度是否达到指标要求，需要测试系统的精度优于激光惯导精度3倍以上。传统低精度惯导姿态动态评定方法是：选取一种高精度惯导再与GPS组合导航作为姿态基准进行比对，由于被测激光惯导精度已经足够高，很难再找到更高精度的惯导作为姿态基准，必须寻求其他原理的方法来对高精度激光惯导进行动态姿态精度评定。

目前，国内一般通过两种途径对高精度激光惯导姿态精度进行评定，一种是利用超高精度的转台评定激光惯导的动态精度，另一种是通过天文设备对激光惯导动态精度评定。由于高精度转台承载重量有限，一般不超过80kg，而具有缓冲基座的高精度激光惯导一般在100kg以上，不适合长期摇摆使用；天文导航设备由于抓星难等问题一般在海上评定。

本专利提出的基于激光跟踪仪与摇摆台的姿态精度评定方法克服了上述不足，特别适用于多台激光惯导的动态姿态精度评定，并且不对摇摆台精度提出苛刻要求，特别适合于多台激光惯导24h以上的连续摇摆评定，采集频率能够达到50Hz，具有其他方法无法比拟的优势。

综上所述，目前惯导系统姿态精度评定方法，存在着如下不足：

(1)无法满足高精度惯导系统高速率姿态精度评定要求；

(2)无法同时对多套激光惯导进行动态精度评定；

(3)不能满足全天候、实时精度评定的要求。

发明内容

本发明的目的是：克服现有惯导系统姿态精度评定方法精度低，成本高的不足，提供一种简单适用、精度高的评定方法。通过利用激光跟踪仪、信号发生器、摇摆台或转台和数据录取装置就可以完成多套激光惯导动态姿态精度的评定。

本发明的技术解决方案是：针对惯导系统姿态精度评定要求，利用摇摆台提供动态摇摆环境，利用数学方式将激光跟踪仪与各激光惯导的坐标轴系取齐，通过信号发生器的同步触发，直接采集计算激光惯导的姿态精度。

高精度多惯导系统姿态精度评定实现的核心是利用激光跟踪仪快速响应、高精度测量的优势，将其姿态测头与激光惯导在时间与空间上对齐，激光跟踪仪测量其测头姿态，作为激光惯导的输出值的标准值，计算姿态精度。

具体的高精度多惯导系统姿态精度评定方法，包括以下步骤：

(1)在摇摆台邻近的空间中，建立5个控制点，利用一台高精度的经纬仪瞄准控制点，测量其方位及高度角；

(2)使用激光跟踪仪测量5个控制点，利用5个控制点相对经纬仪仪器中心的矢量坐标，将激光跟踪仪的仪器坐标系转换到地理坐标系；

(3)激光跟踪仪测量固定在摇摆台或转台上的姿态测头，输出测头在地理系下的初始姿态；

(4)激光惯导对准完成之后，利用激光跟踪仪测头的初始姿态，计算姿态测头与激光惯导之间的转换矩阵，将此矩阵装订到激光惯导，完成数字装订。

(5)摇摆台或者转台开启，按照一定的周期与幅值进行摇摆，对于摇摆的位置精度要求不高，只为提供一种动态环境。

(6)信号发生器发出1～50赫兹固定TTL同步信号，激光惯导和激光跟踪仪同时接受该信号，在信号的上升沿，触发采集数据，并将数据通过RS232接口发送到数据录取装置。

(7)剔除数据中存在的野值，出现激光跟踪仪数据不完整时，该时刻的所有数据皆不参与计算。当某时刻多套激光惯导皆出现粗差时，判定该时刻激光跟踪仪数据为无效，该时刻的所有数据不参与计算。对于激光惯导自身原因出现的粗差进行保留并参与精度计算。

本发明的原理是：利用数学矩阵对空间姿态进行旋转，实现各设备输出姿态数值在空间上统一。用欧拉角□Φ₁，θ₁，ψ₁□表示惯导在当地地理系坐下的稳态输出，用欧拉角□Φ₂，θ₂，ψ₂□表示激光跟踪仪测头在当地地理系坐下的稳态输出，惯导向激光跟踪仪测头坐标系的旋转矩阵为