[发明专利]一种带双轴转位机构捷联惯导的三位置自对准方法

说明书

本发明公开了一种带双轴转位机构捷联惯导的三位置自对准方法，包括以下步骤：1)建立改进的卡尔曼滤波模型；2)可观测性分析；3)可观测组合的估计收敛速度分析；4)三位置自对准；本发明通过改进模型可以使捷联惯导系统的等效北向陀螺漂移和等效天向加速度计的零偏快速收敛；提出的带双轴转位机构捷联惯导三位置自对准方法，适用于捷联惯导系统在初始任意姿态角条件下的快速自对准；本发明可以有效缩短对准时间，提高带双轴转位机构的捷联惯导系统的自对准精度。

【技术领域】

本发明属于捷联惯性导航领域，提供一种带双轴转位机构捷联惯导的三位置自对准方法。

【背景技术】

现代战争对战略战术导弹提出了越来越高的要求，为提高导弹武器系统的反应速度和命中精度，对惯性导航系统提出了更高的要求。提高惯性传感器精度成本高、周期长、难度大，受国内基础工业薄弱和国外对华武器禁运的影响，短期内难以取得突破性进展。而通过对模型的改进和算法的合理设计可以有效的提高惯导系统的精度。

与平台式惯性导航系统相比，捷联惯导系统具有反应快、成本低、信息全、可靠性高的优点，但同时捷联惯导系统的精度，为提高捷联惯导系统的精度，避免反复将捷联惯导系统从载体上拆下进行参数标定，进行系统分解维护，节约使用成本。捷联惯导增加双轴转位机构，使捷联惯导系统的免拆弹自检、标定和维护，有利于提高导弹武器装备的可操作性和机动性，对我国武器装备发展具有重要的使用价值和意义。

捷联惯导系统自对准，由惯性敏感元件的输出信息，经过导航计算机按照对准程序实时运算，不断地将数学平台变换到能精确描述理想载体坐标系到地理坐标系的方向余弦阵。传统的捷联式惯导系统由于无转位机构，自对准为单位置自对准，其本质是将重力加速度的方向做为水平对准的基准，其对准精度主要取决于两个加速度计的精度。用于方位对准本质是将地球角速率的北向分量方向做为方位对准的基准，其对准精度主要取决于东向陀螺漂移。带有单轴转位机构的捷联惯导系统能够在姿态接近水平的条件下，对等效东向陀螺的漂移进行辨识，进而提高自对准的精度。对双轴转位机构的捷联惯导系统，由于存在转位机构，可以通过旋转转位机构进行多位置对准，通过对自对准误差模型进行改进，设计三位置的快速自对准方法，可有效提高带双轴转位机构的捷联惯导系统的自对准精度。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有单位置自对准和双位置自对准技术的不足，提供一种双轴转位机构捷联惯导的三位置自对准方法，该方法通过改进自对准误差模型，设置双轴转位机构的旋转次序和位置，以及设计三位置自对准算法，有效提高了自对准精度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带双轴转位机构捷联惯导的三位置自对准方法，包括以下步骤：

1)对以速度误差为量测量的卡尔曼滤波模型进行可观测性分析，对滤波模型进行改进，变换出新的可观测状态组合，并对其可观测性和收敛速度进行分析；

2)在初始位置按照转位机构先绕内框架转-90°，再绕转位机构的外框架转动-90°，作为捷联惯导系统自对准的第一位置，采集惯导系统的陀螺和加速度计数据。根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行惯性系粗对准和改进模型的精对准，完成等效北向陀螺漂移和天向加速度零位的测漂；

3)绕外框架转90°得到第二位置，在第二位置静止采集陀螺和加速度计的输出。根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行惯性系粗对准和改进模型的精对准，完成等效北向陀螺漂移和天向加速度零位的测漂。

4)绕内框架转90°得到第三位置，在第三位置静止采集陀螺和加速度计的输出。根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行惯性系粗对准和改进模型的精对准，完成等效北向陀螺漂移和天向加速度零位的测漂。