[发明专利]基于高精度IMU的捷联惯导初始对准方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航系统的初始对准领域，具体涉及一种基于高精度惯性测量单元IMU在地球表面静基座情况下的初始对准方法。

背景技术

初始对准是惯性导航系统特有的一个工作状态和过程，其功能给定初始速度、初始位置和初始姿态。初始速度、初始位置的给定比较容易，获取高精度初始姿态是初始对准的关键和难点。通常，初始对准主要指姿态对准。根据对准方式的不同，姿态对准分为自对准和建立在主/子惯导传递基础上的传递对准。姿态自对准主要是在系统静止的情况下进行的，以地球重力方向作为水平姿态基准，利用地球自转角速度作为方位基准。初始对准按照对准阶段分可以分为粗对准阶段和精对准阶段，对于粗对准阶段，它利用IMU的6个输出，根据地球重力和自转信息，计算出IMU的姿态；精对准是在粗对准的基础上进行的，它需要采集一段时间的数据，采用卡尔曼或其他估计算法，校正粗对准阶段得出的IMU姿态。总之，对于自对准来说，要得出IMU的姿态信息，以前的方法总是需要IMU的全部6个输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用高精度惯性测量单元IMU的特定的3个半输出在地球表面静止情况下求解姿态的方法，即选择式对准方法。所谓特定的3个半IMU的输出数据中，3个数据中至少要有一个轴向的陀螺输出和一个轴向的加速度计输出是同轴的，另一个输出是剩余的4个输出中的任意一个，半个IMU输出是指除这3个输出外剩下3个输出中一个或多个输出的有限信息(如正负信息，大致幅值信息)。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于高精度IMU的捷联惯导初始对准方法，IMU由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，共有6个输出；对于相对地面静止的IMU，使用特定的3个半IMU的输出实现捷联惯导初始对准，即解算出IMU相对于地球的姿态。

所述特定的3个半IMU的输出中，3个输出中至少有一个轴向的陀螺输出和一个轴向的加速度计输出是同轴的，半个IMU输出是指除3个输出外剩下3个输出中的一个或多个输出的有限信息。

设定地理坐标系为导航坐标系，记导航坐标系为n，载体坐标系为b，n到b的坐标变换矩阵为组成IMU的三轴陀螺输出分别记为w_x，w_y和w_z，组成IMU的三轴加速度计输出分别记为f_x，f_y和f_z，设Cnb=xxyxzxxyyyzyxzyzzz,]]>求解

所述求解的方法如下：

第一种情况：已知某一轴向的加速度计和陀螺输出和另外一个轴向的陀螺输出，记这3个输出为f_α，w_α和w_β，下标α、β、γ表示x、y或z，且互不相同，可得：