專利名稱：一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及慣性導航技術領域，尤其涉及一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法。
背景技術：
捷聯慣性導航系統(SINS)是一種完全自主的導航系統，它利用陀螺測量的載體角速度信息和加速度計測量的比力信息，在初始信息的基礎上進行積分運算，可以連續(xù)、實時地提供位置、速度和姿態(tài)信息，具有隱蔽性好、不受氣候條件限制、不受干擾等優(yōu)點，已廣泛應用于航空、航天、航海等領域。初始對準的目的是為了獲得載體坐標系相對于導航坐標系的坐標變換矩陣即姿態(tài)矩陣的初始值，對準精度將直接影響著慣導系統的導航精度。初始對準可以分為自主式和受控式兩種，通常的自主式對準又可以分為單位置和雙位置對準方法。單位置初始對準方法利用陀螺和加速度計輸出的信息即可計算出載體的初始姿態(tài)，但是由于陀螺和加速度計存在漂移，導致對準精度不高；雙位置初始對準利用互成90度或180度的兩個位置抵消陀螺常值漂移和加速度計零偏，能夠取得比單位置更高的精度；四位置初始對準利用互相正交的四位置的陀螺和加速度計輸出信息，對兩組互成 180度的兩個位置分別計算的初始姿態(tài)角進行平均，能夠獲得更高的對準精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法，本發(fā)明能夠提高SINS的初始對準精度。本發(fā)明的技術解決方案為一種捷聯慣性導航系統(SINS)初始對準方法。其特征在于將慣性測量單元(IMU)從初始位置依次轉過三個位置，且這四個位置相互正交，利用四個位置的陀螺和加速度計數據確定初始航向角、俯仰角和橫滾角，由初始姿態(tài)角信息確定初始姿態(tài)矩陣，完成初始對準，進行后續(xù)導航。具體步驟如下
(1)保持SINS在初始對準位置即第一位置(Pl)靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；
(2)利用轉位機構實現IMU繞機體系的Cfei軸相對于第一位置(Pl)逆時針轉動卯。， 即到達第二位置(P2)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；
(3)利用轉位機構實現IMU繞機體系的( 軸相對于第二位置(P2)逆時針轉動90。，即到達第三位置(P3)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；
(4)利用轉位機構實現IMU繞機體系的軸相對于第三位置(P3)逆時針轉動MT,即到達第四位置(P4)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；
(5)利用采集到的四位置陀螺和加速度計數據計算SINS的初始俯仰角6、橫滾角7和航向角p，由姿態(tài)角信息確定初始姿態(tài)矩陣完成初始對準，進行后續(xù)導航。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明與現有技術相比，利用互相正交的四位置的陀螺和加速度計輸出信息，抵消陀螺常值漂移和加速度計零偏，對兩組互成180度的兩個位置分別計算的初始姿態(tài)角進行平均，能夠獲得更高的對準精度。


圖1是本發(fā)明的四位置初始對準流程圖。圖2是航向角示意圖，表示從導航坐標系^^凡^繞、軸逆時針旋轉f與機體坐標系 場重合，屮即為航向角。圖3是俯仰角示意圖，表示從導航坐標系Ows繞xx軸逆時針旋轉“與機體坐標系0%^ 重合，e即為俯仰角。圖4是橫滾角示意圖，表示從導航坐標系0、八、繞凡軸逆時針旋轉^與機體坐標系重合ι即為橫滾角。
具體實施例方式本發(fā)明的原理是
選取東-北-天地理坐標系0Wt作為參考系，機體系0 . 為右-前-上，地理系到機體系的轉換矩陣ci可用如下矩陣表示
權利要求
1.一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法，其特征在于，包含以下步驟(1)對準開始，保持SINS在初始對準位置即第一位置(Pl)靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；(2)利用轉位機構實現IMU繞機體系的O、軸相對于第一位置(Pl)逆時針轉動90。， 即到達第二位置(P2)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；(3)利用轉位機構實現IMU繞機體系的&s軸相對于第二位置(P2)逆時針轉動90。，即到達第三位置(P3)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；(4)利用轉位機構實現IMU繞機體系的0 軸相對于第三位置(P3)逆時針轉動卯。，即到達第四位置(P4)，保持SINS在該位置靜止不動，采集廣2分鐘陀螺和加速度計數據；(5)利用采集到的四位置陀螺和加速度計數據計算SINS的初始俯仰角θ、橫滾角ι和航向角$ ；(6)由姿態(tài)角信息確定初始姿態(tài)矩陣完成初始對準，進行后續(xù)導航。
2.根據權利要求1所述的一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法，其特征在于所述的步驟(5)中，SINS初始俯仰角、橫滾角和航向角的計算公式為(1)初始俯仰角4的真值為其中4是由機體系JT軸加速度計在第二和第四位置采集數據計算得到的初始俯仰角的真值；藥是由機體系F軸加速度計在第一和第三位置采集數據計算得到的初始俯仰角的真值；~表示第,位置的機體系Jf軸加速度計輸出， 表示第位置的機體系y軸加速度計輸出(？ = 1,2,3,4) ； Kax表示機體系χ軸加速度計的標度因數，^表示機體系:τ軸加速度計的標度因數；S為重力加速度的大小； (2)初始橫滾角7的真值為
3.根據權利要求1所述的一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法，其特征在于所述的步驟(6)中，根據計算的姿態(tài)角信息，由下式確定初始姿態(tài)矩陣Cf
全文摘要
本發(fā)明公開了一種捷聯慣性導航系統的高精度初始對準方法，將慣性測量單元從初始位置逆時針依次轉過三個位置，且保證這四個位置相互正交，利用四個位置陀螺和加速度計數據確定初始姿態(tài)角，由姿態(tài)角確定初始姿態(tài)矩陣，完成初始對準。通過該方法確定的初始姿態(tài)矩陣能有效提高后續(xù)的導航精度。
文檔編號G01C21/18GK102435193SQ201110402788
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者劉承, 周一覽, 戴昊, 楊建華, 舒曉武 申請人:浙江大學