[发明专利]一种适用于稳态航行可节省两轴捷联陀螺的惯导解算方法

说明书

本发明提供了一种适用于稳态航行可节省两轴捷联陀螺的惯导解算方法，本发明去掉两只水平轴向陀螺，保留方位通道的单轴陀螺，利用磁罗盘中加速度计在非机动航行过程中提取俯仰与滚动水平姿态角前后两帧的差构成角增量，与单轴陀螺共同构成航行器沿三个轴向空间运功的完整描述，实现对数学平台的更新。由于可以实现单轴陀螺加磁罗盘的捷联惯导解算，在传统捷联惯导配置的基础上节省两轴捷联陀螺，从而可以缩小体积，节约成本。

技术领域

本发明涉及惯导解算领域，尤其是一种陀螺的惯导解算方法。

背景技术

目前捷联惯导技术是实现航行器航姿提取的主流技术。一次性靶雷本身直径φ110，要求航行10小时，在航行最后半小时完成声模拟、磁模拟，还要提供关键航路点位置信息。纯捷联惯导技术随着时间的推移其误差发散是其基本特性，依靠纯惯导根本无法满足使用需求。

为解决捷联惯导误差发散问题，不同应用对象采取的技术措施不计其数，归纳起来无外乎从提高元器件精度、组合导航、旋转调制技术等方面入手，但上述措施的实施均建立在增加系统的成本基础上，且无论是体积还是重量，一次性靶雷均无法承受。

磁罗盘在经过应用磁环境标定后可以提供航向输出，且误差不随时间累积，使得其有一定的应用场景。但磁罗盘极易受到使用环境的磁干扰也是其使用受限的非常显著的特性，一次性靶雷在磁模拟过程中磁罗盘将无法使用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于稳态航行可节省两轴捷联陀螺的惯导解算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：在捷联系统配置的基础上去掉俯仰角与滚动角通道的陀螺仪表，保留航向角通道，其余三轴加速度计仍按捷联配置，采用加速度计提取姿态角方法得到俯仰与滚动角；

由加速度计提取姿态角的公式如下：

式中，θ_a(k)、γ_a(k)分别为k时刻由加速度计计算得到的平滑前的俯仰角与横滚角；a_x(k)、a_y(k)、a_z(k)分别为k时刻沿雷体x、y、z三轴的平滑后的加速度输出；

步骤2：由加速度计提取姿态角后进行平滑处理，平滑处理的步骤如下：

采用基于二阶巴特沃斯滤波器的加速度计数据进行平滑处理：

其中，a_in(m)为采集得到的加速度计输出，a_out(m)为递推得到的平滑后的加速度计输出，m为递推帧数，取m＝2,3,...9；

步骤3：平滑处理后进行姿态平滑，姿态平滑的计算公式如下：

其中，θ_acc(l)和γ_acc(l)为l时刻由加速度计计算得到的步骤3中平滑后的俯仰角与横滚角；

步骤4：当存在磁干扰时，将磁罗盘航向角注入作为初值，接收大于2帧的数据；

步骤5：按公式(4)计算航向角、俯仰角与滚动角的角增量，且从第3帧后开始计算：

δψ、δθ、δγ分别为导航系航向角、俯仰角与滚动角的角增量，单位是弧度，其中，ψ_m+1是第m+1帧的航向角，ψ_k是第m帧的航向角；θ_m+1是第m+1帧的俯仰角，θ_m是第m帧的俯仰角，γ_m+1是第m+1帧的滚动角，γ_m是第m帧的滚动角；