專利名稱：一種捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方 法。
背景技術(shù)：
長航時、高精度是慣性技術(shù)追求的目標(biāo)。而隨著慣性器件(尤其是陀螺)精度的提 升越來越困難，傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)的長航時精度也遇到了瓶頸。當(dāng)慣性器件精度無法顯著提高 時，旋轉(zhuǎn)調(diào)制可以有效抑制慣性器件誤差對慣性導(dǎo)航精度的影響，從而提高導(dǎo)航精度。美國 Delco公司代表性產(chǎn)品“輪盤木馬”400(C-400)系列捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就采用單軸旋轉(zhuǎn) 調(diào)制方案，詳細(xì)內(nèi)容可查閱陀螺儀與慣性導(dǎo)航專業(yè)情報網(wǎng)在文獻(xiàn)“國外慣性技術(shù)手冊[M]. 北京國防工業(yè)出版社，1983 :235-238”中的敘述。旋轉(zhuǎn)調(diào)制不僅可以調(diào)制慣性器件誤差，還可以實現(xiàn)激光陀螺的速率偏頻。眾所周 知，對于激光陀螺而言，速率偏頻是實現(xiàn)超高精度的最佳技術(shù)途徑，美國Litton公司研制 的LN-94激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)就采用速率偏頻的方式，詳細(xì)內(nèi)容可查閱Mathew. A.，H. Welter 在文 “Cost-Effective, High-AccuracyInertial Navigation[J], Navigation,1989, Vol. 36，157-172”中的敘述。國內(nèi)西安飛行自動控制研究所也采用類似方案，詳細(xì)內(nèi)容可 查閱王錦瑜，馮培德在文獻(xiàn)“激光陀螺速率偏頻系統(tǒng)的分析與研究[J]，航空學(xué)報，2001， 22(1) 46-50” 中的敘述。上述采用單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制實現(xiàn)激光陀螺速率偏頻的兩個方案，雖然提高了捷聯(lián)慣 導(dǎo)系統(tǒng)的精度，但為了避免陀螺標(biāo)度因數(shù)的累積，陀螺需往復(fù)旋轉(zhuǎn)，同時為了避免換向 過程對陀螺精度的影響，需要設(shè)計具有高角加速度的換向機(jī)構(gòu)，一般該角加速度不低于 8000° /s2，詳細(xì)內(nèi)容可查閱王錦瑜在文獻(xiàn)“激光陀螺速率偏頻技術(shù)研究[D]，西北工業(yè)大 學(xué)，1999”中的敘述。受限于高角加速度換向機(jī)構(gòu)在工程實現(xiàn)上的復(fù)雜性和技術(shù)難度，速率 偏頻一直無法在工程上得到推廣應(yīng)用。因此如何降低復(fù)雜性，實現(xiàn)無需高角加速度換向機(jī)構(gòu)的速率偏頻方案是迫切需要 解決的問題，目前，尚未有能夠解決上述問題的技術(shù)方案的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低復(fù)雜性，實現(xiàn)無需高角加速度換向機(jī)構(gòu)的速率偏頻，提供一 種實現(xiàn)激光陀螺速率偏頻的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，包括如下步驟第一步設(shè)定坐標(biāo)系；第二步安裝陀螺和加速度計；第三步安裝慣性測量單元將慣性測量單元安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸3與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸平行；第四步雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制控制雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸以恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，角速率為10° /s 1000° / s ；控制外軸進(jìn)行周期性的往復(fù)運動，往復(fù)運動1圈到100圈，往復(fù)運動的周期為36s 36000s ；第五步慣性測量單元導(dǎo)航計算計算慣性測量單元在地理系的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度、高度、1 個3X3維的姿態(tài)矩陣Cnm;第六步捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)計算，得到捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角、滾 動角、北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度。如上所述的安裝陀螺和加速度計步驟中，將陀螺和加速度計安裝在慣性測量單元 上，使加速度計坐標(biāo)系XaYaZa與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm重合，3個加速度計相互正交， X軸向加速度計，Y軸向加速度計、Z軸向加速度計分別安裝在與加速度計坐標(biāo)系XaYaZa的 Xa、Ya、Za的3個軸平行的位置上；陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的3個軸與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸的 夾角都是54. 74° ；X軸向陀螺，Y軸向陀螺、Z軸向陀螺相互正交，X軸向陀螺，Y軸向陀螺、 Z軸向陀螺分別安裝在與陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的3個軸平行的位置上。如上所述安裝慣性測量單元的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)按照指令控制兩個軸的旋轉(zhuǎn)，其中， 內(nèi)軸在控制指令的控制下連續(xù)旋轉(zhuǎn)，外軸在控制指令的控制下周期性往復(fù)運動，實現(xiàn)捷聯(lián) 慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制。如上所述的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由內(nèi)軸和外軸組成，內(nèi)軸和外軸在控制指令的控制下旋 轉(zhuǎn)，實時測量轉(zhuǎn)角；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸垂直，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸與載體坐標(biāo)系 的Xb平行。如上所述的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算步驟包括如下步驟(1)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度；(2)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角。如上所述的外軸為一框形，內(nèi)軸安裝在外軸上、與外軸的旋轉(zhuǎn)軸垂直的位置上。如上所述的確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角步驟包括如下步驟(a)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在載體坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣為 φ x雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸轉(zhuǎn)角；
Φ y為雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸轉(zhuǎn)角；C；為慣性測量單元的姿態(tài)矩陣；(b)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角Φ、俯 仰角θ和滾動角Y如下 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制，實現(xiàn)了對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)慣性器件誤差的調(diào)制，提高 了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。對于使用激光陀螺的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，因為本發(fā)明的內(nèi)軸以恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 負(fù)責(zé)陀螺的速率偏頻，陀螺在整個工作過程中無需經(jīng)過鎖區(qū)，從而提高了陀螺的測量精度， 實現(xiàn)了激光陀螺的速率偏頻。外軸只負(fù)責(zé)陀螺標(biāo)度因數(shù)的調(diào)制，而不承擔(dān)速率偏頻的任務(wù)， 因此外軸不需要在切換方向時承擔(dān)減少過激光陀螺鎖區(qū)的時間的任務(wù)；相對于傳統(tǒng)的采用 單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制實現(xiàn)激光陀螺速率偏頻的方案，本發(fā)明不需要高角加速度的換向機(jī)構(gòu)，降低 了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度，進(jìn)而降低了系統(tǒng)實現(xiàn)成本。以由3個激光陀螺和3個加速度計組成的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為例，3個激光陀螺的漂 移分別為εχ = 0.01° /h，ey = 0.0r Λ，εζ = 0.0Γ /h，3個加速度計的零偏分別為 ^x=OAmg yy ^OAmg Vz^OAmg，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)靜止不動，采用傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)方
案導(dǎo)航的位置誤差為1762m/h，采用本發(fā)明，令內(nèi)軸以100° /s的恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，令 外軸在士 1圈的范圍內(nèi)以10° /s的恒定角速度往復(fù)運動，換向加速度為20° /s2，對應(yīng)導(dǎo) 航的位置誤差為6m/h?？梢姳景l(fā)明有效調(diào)制了慣性器件的誤差，進(jìn)而提高捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的 導(dǎo)航精度。同時由于內(nèi)軸以100° /s的恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，3個激光陀螺都將同時敏感 到57. 73° /s的角速度，從而實現(xiàn)3個激光陀螺的速率偏頻。


圖1是本發(fā)明的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法中慣性測量單元陀螺和加 速度計安裝示意圖；圖3是本發(fā)明的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制示意圖；圖中，3.內(nèi)軸，4.外軸，7.X軸向加速度計，8.Y軸向加速度計，9.Z軸向加速度計， 10. X軸向陀螺，11. Y軸向陀螺，12. Z軸向陀螺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法進(jìn)行介 紹
一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，如圖1所示，包括如下步驟第一步設(shè)定坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)包括雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和慣性測量單元，其中慣性測量單元包括3個陀 螺和3個加速度計。設(shè)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的載體坐標(biāo)系為XbYbZb,慣性測量單元的坐標(biāo)系為 XmYmZm,陀螺坐標(biāo)系為XgYgZg,加速度計坐標(biāo)系為XaYaZa,每個坐標(biāo)系均符合右手定則，每個軸 互相垂直。第二步安裝陀螺和加速度計如圖2所示，將陀螺和加速度計安裝在慣性測量單元上。安裝時，使加速度計坐標(biāo) 系XaYaZa與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm重合。3個加速度計相互正交，X軸向加速度計7， Y軸向加速度計8、Z軸向加速度計9分別安裝在與加速度計坐標(biāo)系XaYaZa的Xa、r、Za的3 個軸平行的位置上。陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的3個軸與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸 的夾角都是54. 74°。X軸向陀螺10，Y軸向陀螺11、Z軸向陀螺12相互正交，X軸向陀螺 10，Y軸向陀螺11、Z軸向陀螺12分別安裝在與陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的3個軸平 行的位置上。第三步安裝慣性測量單元將慣性測量單元安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸3與慣性測量單元 的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸平行。所述安裝慣性測量單元的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠按照指令去控制兩個軸的旋轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制。如圖3所示，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由內(nèi)軸3和外軸4組成，每個軸都能夠按照指令控制實 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，并實時測量轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外軸4與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸3垂直，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸4 與載體坐標(biāo)系的Xb平行。外軸4為一金屬制框形，框的形狀為矩形、圓形、橢圓形等形狀， 外軸的材料可為金屬、高硬度塑料，確保其不變形，有一定的支撐力，一般選擇鋁合金、鋼或 不銹鋼；內(nèi)軸3安裝在外軸4上、與外軸4的旋轉(zhuǎn)軸垂直的位置上，確保安裝在內(nèi)軸3上慣 性測量單元能夠沿內(nèi)軸3旋轉(zhuǎn)。采用現(xiàn)有技術(shù)使內(nèi)軸3和外軸4在指令控制下運動，實時測量轉(zhuǎn)角也采用現(xiàn)有技 術(shù)實現(xiàn)。第四步雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制采用現(xiàn)有技術(shù)控制雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸3以恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，角速率為10° / s 1000° /s，角速率的選擇由陀螺的固有鎖區(qū)特性和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的外部工作環(huán)境決定。采用現(xiàn)有技術(shù)控制外軸4進(jìn)行周期性的往復(fù)運動，往復(fù)運動1圈 100圈，往復(fù)運 動的周期為36s 36000s。第五步慣性測量單元導(dǎo)航計算利用加速度計和陀螺的輸入，按照現(xiàn)有的地理坐標(biāo)系下的導(dǎo)航算法計算，可得到 慣性測量單元在地理系的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度、高度、1個3X3維的 姿態(tài)矩陣Cnm。本步驟采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。第六步捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算
對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)計算，得到捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角、滾 動角、北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度。包括如下步驟(1)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度慣性測量單元的速度和位置與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系為XbYbZb下的一致，可將 其北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度直接作為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的北向速度、東 向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度。(2)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角因為慣性測量單元坐標(biāo)系XmYmZm和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的載體坐標(biāo)系XbYbZb不重合，所 以需要對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角進(jìn)行解調(diào)。具體步驟如下(a)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在載體坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣。設(shè)計算得到的慣性測量單元姿態(tài)矩陣為 C； (1,1) C； (1,2) C(l,3)" 記雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸轉(zhuǎn)角為Φχ，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸轉(zhuǎn)角為Φ,，則捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣為 (b)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角Φ、俯仰角θ和滾動角Υ如下 至此，得到經(jīng)過雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角、滾動角、北向速 度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度。本發(fā)明采用雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制，實現(xiàn)了對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)慣性器件誤差的調(diào)制，提高 了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。對于使用激光陀螺的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明在實現(xiàn)調(diào)制慣性器件誤差的同時也實 現(xiàn)了 3個激光陀螺的速率偏頻。相對于傳統(tǒng)的采用單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制實現(xiàn)激光陀螺速率偏頻的 方案，本發(fā)明不需要高角加速度的換向機(jī)構(gòu)，這是因為本發(fā)明的內(nèi)軸以恒定角速度連續(xù)旋 轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)激光陀螺的速率偏頻，外軸只負(fù)責(zé)激光陀螺標(biāo)度因數(shù)的調(diào)制，而不承擔(dān)速率偏頻的 任務(wù)，因此外軸不需要在切換方向時承擔(dān)減少過激光陀螺鎖區(qū)的時間的任務(wù)。下面結(jié)合一具體實施例說明本發(fā)明對慣性器件誤差的調(diào)制作用以及速率偏頻的實現(xiàn)。設(shè)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)由3個激光陀螺和3個加速度計組成。3個激光陀螺的漂移分別為 εχ = 0.0Γ /h，ey = 0.0r Λ，εζ = 0.0Γ /h，3 個加速度計的零偏分別為= ， Vy= (Umg，Vz= (Xlwg，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)靜止不動，采用傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)方案導(dǎo)航的位 置誤差最大值為1762m/h，采用本發(fā)明提出的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案，令內(nèi)軸以100° /s的恒定 角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，令外軸在士 1圈的范圍內(nèi)以10° /s的恒定角速度往復(fù)運動，換向加速度 為20° /s2，對應(yīng)導(dǎo)航的位置誤差最大值為6m/h。由此可見，本發(fā)明有效調(diào)制了慣性器件 的誤差，進(jìn)而提高捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。同時由于內(nèi)軸以100° /s的恒定角速度連續(xù) 旋轉(zhuǎn)，3個激光陀螺都將同時敏感到57. 73° /s的角速度，從而實現(xiàn)3個激光陀螺的速率偏 頻。
權(quán)利要求
一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，包括如下步驟第一步設(shè)定坐標(biāo)系；第二步安裝陀螺和加速度計；第三步安裝慣性測量單元將慣性測量單元安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸(3)與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸平行；第四步雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制控制雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸(3)以恒定角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，角速率的范圍為10°/s～1000°/s；控制外軸(4)進(jìn)行周期性的往復(fù)運動，往復(fù)運動1圈到100圈，往復(fù)運動的周期為36s～36000s；第五步慣性測量單元導(dǎo)航計算計算慣性測量單元在地理系的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度、高度、姿態(tài)矩陣Cnm；第六步捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)計算，得到捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角、滾動角、北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述的 安裝陀螺和加速度計步驟中，將陀螺和加速度計安裝在慣性測量單元上，使加速度計坐標(biāo) 系XaYaZa與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm重合，3個加速度計相互正交，X軸向加速度計(7)， Y軸向加速度計(8)、Z軸向加速度計(9)分別安裝在與加速度計坐標(biāo)系XaYaZa的xa、r、Za 的3個軸平行的位置上；陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的3個軸與慣性測量單元的坐標(biāo)系XmYmZm的Ym軸的夾 角都是54. 74° ；X軸向陀螺(10)，Y軸向陀螺(11)、Z軸向陀螺(12)相互正交，X軸向陀 螺(10)，Y軸向陀螺(11)、Ζ軸向陀螺(12)分別安裝在與陀螺坐標(biāo)系XgYgZg的Xg、Yg、Zg的 3個軸平行的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述安 裝慣性測量單元的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)按照指令控制兩個軸的旋轉(zhuǎn)，其中，內(nèi)軸(3)在指令的控 制下連續(xù)旋轉(zhuǎn)，外軸(4)在指令的控制下周期性往復(fù)運動，實現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述的 雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由內(nèi)軸⑶和外軸⑷組成，內(nèi)軸⑶和外軸⑷在控制指令的控制下旋轉(zhuǎn)， 實時測量轉(zhuǎn)角；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外軸(4)與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸(3)垂直，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸(4)與載 體坐標(biāo)系的Xb平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述的 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算步驟包括如下步驟(1)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的北向速度、東向速度、天向速度、經(jīng)度、緯度和高度；(2)確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述的 外軸(4)為一框形，內(nèi)軸(3)安裝在外軸(4)上、與外軸(4)的旋轉(zhuǎn)軸垂直的位置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，其特征在于所述的確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角步驟包括如下步驟 (a)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在載體坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)載體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣為 其中， Φ x雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)軸轉(zhuǎn)角；為雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外軸轉(zhuǎn)角； C為慣性測量單元的姿態(tài)矩陣；(b)計算捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角、俯仰角和滾動角捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向角Φ、俯仰角 θ和滾動角γ如下
全文摘要
本發(fā)明屬于捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法，目的是是降低復(fù)雜性，實現(xiàn)無需高角加速度換向機(jī)構(gòu)的速率偏頻。它包括設(shè)定坐標(biāo)系、安裝陀螺和加速度計、安裝慣性測量單元、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制、慣性測量單元導(dǎo)航計算和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)計算六個步驟。本發(fā)明采用雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制，實現(xiàn)了對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)慣性器件誤差的調(diào)制，提高了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。對于使用激光陀螺的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，本發(fā)明不需要高角加速度的換向機(jī)構(gòu)，降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度，進(jìn)而降低了系統(tǒng)實現(xiàn)成本。
文檔編號G01C21/16GK101900559SQ20091021071
公開日2010年12月1日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者周章華, 崔鵬程, 張良軍, 練濤, 邱宏波, 陳明剛, 黃妍妍 申請人:北京自動化控制設(shè)備研究所