[发明专利]一种平台式惯性导航系统的系统级补偿方法

摘要

为了消除惯性导航系统在使用过程中出现的缓慢积累的误差的问题，本发明提出了一种平台式惯性导航系统的系统级补偿方法，该方法利用现有船用长航时两套惯性导航系统独立工作、互为备份的条件，将航用陀螺改为双轴陀螺，利用其输出信息进行数据处理，修正陀螺的漂移，该方法能够有效地减小平台式惯性导航系统的体积、重量，同时消除惯性导航系统在使用过程中出现的缓慢积累的误差，提高系统的可靠性。

主权项

一种平台式惯性导航系统的系统级补偿方法，其特征在于：该方法具体实现的步骤如下：步骤一：在舰船航行过程中，采用的两套双轴旋转调制式惯性导航系统在相同的工作模式下工作，其误差传播规律相同；所述的两套双轴旋转调制式惯性导航系统为系统1和系统2；系统1和系统2工作时间t后，在一段时间内采集系统1和系统2三个轴向的陀螺输出，将陀螺输出求平均值，两个系统三个轴向的陀螺输出的平均值分别为：系统1 ω x 1 ′ ω y 1 ′ ω z 1 ′ = ω x + ϵ x 1 + δ x 1 ( 0 ) ω y + ϵ y 1 + δ y 1 ( 0 ) ω z + ϵ z 1 + δ z 1 ( 0 ) - - - ( 1 ) 其中ω′x1、ω′y1和ω′z1为系统1的x、y、z轴向陀螺的输出平均值，ωx、ωy和ωz为载体三个轴向真实的角速率值，εx1、εy1和εz1为系统1的x、y、z轴向的陀螺漂移，δx1(0)、δy1(0)和δz1(0)为系统1俯仰角、横滚角和方位角的初始偏差；系统2 ω x 2 ′ ω y 2 ′ ω z 2 ′ = ω x + ϵ x 2 + δ x 2 ( 0 ) ω y + ϵ y 2 + δ y 2 ( 0 ) ω z + ϵ z 2 + δ z 2 ( 0 ) - - - ( 2 ) 其中，ω′x2、ω′y2和ω′z2为系统2的x、y、z轴向陀螺的输出平均值，εx2、εy2和εz2为系统2的x、y、z轴向的陀螺漂移，δx2(0)、δy2(0)和δz2(0)为系统2的俯仰角、横滚角和方位角初始偏差；所述的系统1和系统2的初始偏差在初始对准过程中进行标定，为已知量；将两个系统三个轴向的陀螺输出的平均值相减，得到： Δω x ′ Δω y ′ Δ ω z ′ = ω x 1 ′ - ω x 2 ′ ω y 1 ′ - ω y 2 ′ ω z 1 ′ - ω z 2 ′ = ϵ x 1 - ϵ x 2 + δ x 1 ( 0 ) - δ x 2 ( 0 ) ϵ y 1 - ϵ y 2 + δ y 1 ( 0 ) - δ y 2 ( 0 ) ϵ z 1 - ϵ z 2 + δ z 1 ( 0 ) - δ z 2 ( 0 ) - - - ( 3 ) 步骤二，在系统1正常工作的状态下，绕轴分时反转系统2的惯性组件，绕轴分时反转的方案如下：①系统2的惯性组件绕z轴旋转180度，此时x和y轴与旋转前相比方向相反，在系统2的惯性组件旋转所对应的时间内，采集系统1和系统2的x和y轴陀螺的输出，将x和y轴陀螺的输出求平均值，得到ω″x1、ω″y1、ω″x2和ω″y2：ω″x1＝ω′x+εx1+δx1(0)                             (4)ω″y1＝ω′y+εy1+δy1(0)ω″x2＝‑ω′x+εx2+δx2(0)                             (5)ω″y2＝‑ω′y+εy2+δy2(0)其中，ω′x和ω′y分别为数据采集时载体x和y轴向真实的角速率值；将两个系统的x和y轴陀螺输出的平均值相加，得到： Δ ω x ′ ′ Δ ω y ′ ′ = ω x 1 ′ ′ + ω x 2 ′ ′ ω y 1 ′ ′ + ω y 2 ′ ′ = ϵ x 1 + ϵ x 2 + δ x 1 ( 0 ) + δ x 2 ( 0 ) ϵ y 1 + ϵ y 2 + δ y 1 ( 0 ) + δ y 2 ( 0 ) - - - ( 6 ) ②系统2的惯性组件绕x轴旋转180度，此时z轴与旋转前相比方向相反，在系统2的惯性组件旋转所对应的时间内，采集系统1和系统2的z轴陀螺的输出，将z轴陀螺的输出求平均值，得到ω″z1和ω″z2：ω″z1＝ω′z+εz1+δz1(0)                            (7)ω″z2＝‑ω′z+εz2+δz2(0)其中，ω′z为数据采集时载体z轴向真实的角速率值；将两个系统的z轴陀螺输出的平均值相加，得到：Δω″z＝ω″z1+ω″z2＝εz1+εz2+δz1(0)+δz2(0)(8)将方程(6)和(8)合并，得到： Δω x ′ ′ Δω y ′ ′ Δ ω z ′ ′ = ω x 1 ′ ′ + ω x 2 ′ ′ ω y 1 ′ ′ + ω y 2 ′ ′ ω z 1 ′ ′ + ω z 2 ′ ′ = ϵ x 1 + ϵ x 2 + δ x 1 ( 0 ) + δ x 2 ( 0 ) ϵ y 1 + ϵ y 2 + δ y 1 ( 0 ) + δ y 2 ( 0 ) ϵ z 1 + ϵ z 2 + δ z 1 ( 0 ) + δ z 2 ( 0 ) - - - ( 9 ) ③系统2的惯性组件绕z轴旋转180度，z轴旋转完成后系统2的惯性组件再绕x轴旋转180度，系统2的惯性组件即恢复到初始位置；将方程(3)和(9)相加，得到系统1的陀螺漂移为： ϵ x 1 ϵ y 1 ϵ z 1 = Δ ω x ′ + Δ ω x ′ ′ 2 - δ x 1 ( 0 ) Δ ω y ′ + Δ ω y ′ ′ 2 - δ y 1 ( 0 ) Δ ω z ′ + Δ ω z ′ ′ 2 - δ z 1 ( 0 ) - - - ( 10 ) 将方程(3)和(9)相减，得到系统2的陀螺漂移为： ϵ x 2 ϵ y 2 ϵ z 2 = Δ ω x ′ ′ - Δ ω x ′ 2 - δ x 2 ( 0 ) Δ ω y ′ ′ - Δ ω y ′ 2 - δ y 2 ( 0 ) Δ ω z ′ ′ + Δ ω z ′ 2 - δ z 2 ( 0 ) - - - ( 11 ) 步骤三：根据公式(10)和(11)得到两系统的陀螺漂移，将两系统的陀螺漂移代入到平台式惯性导航系统中进行修正，以实现平台式惯性导航系统的系统级补偿。