[发明专利]捷联式微机电惯性导航系统的动基座对准方法

说明书

本发明公开了一种捷联式微机电惯性导航系统的动基座对准方法，包括：定义坐标系；根据坐标系的相互位置关系确定导航坐标系和惯性坐标系的转换矩阵将基于单轴旋转的捷联式微机电惯性导航系统按正反连续旋转的方式进行旋转，求解基座惯性坐标系与IMU坐标系之间的转换矩阵确定惯性坐标系和基座惯性坐标系之间的转换矩阵根据转换矩阵转换矩阵和转换矩阵获取粗对准结束之后的捷联矩阵表达式；根据捷联矩阵表达式并通过改进的多重渐消因子强跟踪滤波算法进行精对准，获得姿态矩阵该方法可以使得捷联式微机电惯性导航系统在动基座条件下能够达到一定的对准精度，且由于其体积小、成本低廉、抗冲击，使得本发明能够有更广泛的应用。

技术领域

本发明涉及惯性技术领域，特别涉及一种捷联式微机电惯性导航系统的动基座对准方法。

背景技术

随着惯性技术的迅速发展，捷联式微机电惯性导航系统已经成为国内外研究的热点。与传统的光电陀螺相比，微机电惯性器件具有成本低、体积小、重量轻、抗冲击的优点，在单兵导航、小型舰艇等军用领域以及行人导航、机器人、工程机械等民用领域有较为广泛地应用，因此研究捷联式微机电惯性导航系统具有重要意义。

初始对准一般可分为粗对准和精对准两个阶段。粗对准的主要目的是尽量将姿态误差控制在较小的范围内，能够为精对准提供较好的初始值；精对准在粗对准的基础上，在小角度误差的条件下用线性模型估计出捷联惯性导航系统的误差，从而对惯性导航系统进行姿态修正，从而能够为惯性导航工作提供精确的初始值。

初始对准的静基座粗对准过程一般采用经典的解析式对准方法，高精度的捷联式惯性导航系统能够直接测出地球的自转角速度，从而能够自主完成初始对准。对于捷联式微机电惯性导航系统，由于随机噪声的影响，无法准确测量出地球的自转角速度，因此一般采用外界辅助信息给出航向信息，如磁强计或磁罗盘或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)直接给出航向。

捷联式微机电陀螺寻北仪通过单轴旋转的方式能够达到一定的寻北精度，但是目前的微机电陀螺寻北仪由于一般只有单个陀螺仪和双轴加速度计(或者单个加速度计)，只能在静基座条件下实现寻北，当存在外界晃动的情况下，误差大甚至不可用，因此研究在动基座环境下实现捷联式微机电惯性导航系统对准具有重要意义和应用需求。

在摇摆或机械振动等动基座环境中，干扰角速度远大于地球自转角速度，无法再用解析式对准算法。通过引入基座惯性坐标系，根据地球自转角速度ω_ie和粗对准期间所经历的时间，结合重力加速度g在惯性空间中方向的变化可以推算出地球的北向信息，这就是惯性系粗对准算法的基本原理，能够在动基座环境下实现对准。目前动基座环境下的对准主要集中于高精度捷联式惯性导航系统的对准算法研究。

由于微机电陀螺的常值漂移的影响，如果直接采用高精度捷联式惯性导航系统的惯性系对准算法，误差极大。但是根据方位对准的极限姿态精度可知，东向陀螺的常值漂移对航向精度影响最大，通过引入单轴旋转，能够对垂直于旋转轴方向的陀螺常值漂移和加速度计零偏进行调制，从而能够大幅度降低陀螺常值漂移对航向精度的影响，从而使得捷联式微机电惯性导航系统在动基座条件下也可能实现一定的对准精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种捷联式微机电惯性导航系统的动基座对准方法，该方法可以使得捷联式微机电惯性导航系统在动基座条件下能够达到一定的对准精度，且由于捷联式微机电惯性导航系统具有体积小、成本低廉、抗冲击的优点，从而使得本发明可以有广泛的应用。