[发明专利]船用旋转式光纤陀螺捷联惯导系统初始对准方法

摘要

本发明的目的在于提供船用旋转式光纤陀螺捷联惯导系统初始对准方法。首先采集陀螺仪输出和加速度计输出，然后控制IMU绕天向轴在-45°、+135°、+45°、-135°的四个位置间循环运动的转位方案来进行漂移误差的自动补偿，组成旋转式惯导系统，接着建立卡尔曼滤波状态方程和量测方程，给定系统的初始值，初始对准完成。对于自身具有旋转机构的旋转式惯导系统，初始对准时可以克服惯性元件漂移对自对准的影响，提高对准精度；旋转式惯导系统通过改变系统误差模型中的捷联矩阵改善系统的可观测性，提高了系统状态参量的可估性以及估计精度。

主权项

1.船用旋转式光纤陀螺捷联惯导系统初始对准方法，其特征是：(1)将标定后的捷联惯导系统安装在单轴转台上，启动系统，采集陀螺仪输出和加速度计输出；(2)控制IMU绕天向轴在-45°、+135°、+45°、-135°的四个位置间循环运动的转位方案来进行漂移误差的自动补偿，组成旋转式惯导系统，设IMU在每个位置上停止相同的时间T_s，令每次转动的角速度均为ω＝π/T_R，T_R为每次旋转的时间，具体为：IMU从第一点出发反转180°到达第三点，停止时间T_s，IMU从第三点出发反转90°到达第四点，停止时间T_s，IMU从第四点出发正转180°到达第二点，停止时间T_s，IMU从第二点出发正转90°到达第一点，停止时间T_s，IMU从第一点出发正转180°到达第三点，停止时间T_s，IMU从第三点出发正转90°到达第二，停止时间T_s，IMU从第二点出发反转180°到达第四点，停止时间T_s，IMU从第四点出发反转90°到达第一点，停止时间T_s，然后IMU按照上述顺序循环运动；(3)建立卡尔曼滤波状态方程：使用一阶线性随机微分方程来描述捷联惯导系统的状态误差为X·(t)=F(t)X(t)+G(t)W(t),]]>其中X(t)为t时刻系统的状态向量，F(t)和G(t)分别为系统状态矩阵和噪声矩阵，W(t)为系统的噪声向量，船用捷联惯导系统不考虑高度通道，故设置系统的状态向量为X＝[δV_E δV_N ψ_E ψ_N ψ_U ▽_x ▽_y ε_x ε_y ε_z]^T，系统的白噪声向量为W(t)＝[0 0 0 0 0 a_x a_y ω_x ω_y ω_z]^T，其中ψ_E、ψ_N、ψ_U分别表示纵摇、横摇和航向误差角，δV_E、δV_N分别表示东向、北向的速度误差，▽_x、▽_y分别为X、Y轴加速度计的零偏，ε_x、ε_y、ε_z分别为X、Y、Z轴陀螺的常值漂移，a_x、a_y分别为X、Y轴加速度计的白噪声误差，ω_x、ω_y、ω_z分别为X、Y、Z轴陀螺的白噪声误差，系统的状态转移矩阵为F(t)=Fs(t)Ts(t)05×505×5,]]>系统噪声系数矩阵为G(t)＝[0_5×5 T_5×5]，其中FS(t)=02wiesinL0-g0-2wiesinL0g00000wiesinL-wiecosL00-wiesinL0000wiecosL00,]]>Ts(t)=T5×5=C11C12000C21C2200000C11C12C1300C21C22C2300C31C32C33,]]>式中g为当地重力加速度，ω_ie为地球角速度，L为当地地理纬度，C_ij(i，j＝1，2，3)为捷联矩阵中的元素，为捷联惯导系统的捷联矩阵；建立卡尔曼滤波的量测方程：使用一阶线性随即微分方程来描述捷联惯导系统的量测方程为Z(t)＝H(t)X(t)+V(t)，其中Z(t)表示t时刻系统的量测向量，H(t)表示系统的量测矩阵，V(t)表示系统的测量噪声，系统量测矩阵为H(t)＝[I_2×2 0_2×10]，量测量为Z(t)=Vfi(t)+Vgi(t),]]>其中Vgi(t)=∫1tgidt,]]>Vfi(t)=∫1tCbi′fbdt,]]>f^b表示加速度计测量值在载体坐标系的投影，表示重力加速度矢量在惯性系的积分，表示加速度计测量值在惯性系的积分；(4)根据卡尔曼滤波状态方程和量测方程，给定系统的初始值初始对准完成，进入导航状态。