CN103900566A - 一种消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法 - Google Patents
一种消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于惯性导航技术领域,涉及一种可用于提高惯性导航系统的精度的消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法。本发明包括:建立一个旋转机构;获得初始捷联姿态矩阵获得初始时刻地心惯性坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵;可测量出IMU坐标系与惯性系之间的姿态角θ1、θ2和θ3;使IMU坐标系与地心惯性系重合;控制IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案转动;最终给出载体的导航参数信息。本发明避免在导航解算时地球自转角速度分量与器件误差耦合引起系统导航误差,从而系统精度不受地球自转角速度分量的影响。
Description
技术领域
本发明属于惯性导航技术领域,涉及一种可用于提高惯性导航系统的精度的消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法。
背景技术
在船用惯性导航系统中,对陀螺仪和加速度计的精度以及系统持续工作时间的要求都比较高,高精度的惯性导航系统要采用高性能的惯性传感器与先进的系统技术,由于工艺制造水平的限制,制造高性能的惯性传感器不仅难度大,还将提高整个惯性导航的成本,因此先进的系统技术一直以来都是高精度惯性导航的研究热点。
随着惯性导航精度要求的不断提高,惯性传感器技术的相对落后,采用先进的旋转调制技术对系统器件误差进行自补偿是近年来系统技术研究的重点。单轴旋转调制可以完全平均与转轴垂直平面内的常值器件误差,为了获得更高精度的惯性导航系统,研究人员又设计了双轴旋转方案,以达到消除所有惯性器件的常值误差的目的。但是在传统的双轴旋转调制方案中,地球自转角速率与器件标度因数误差以及安装误差的耦合项不能被完全调制平均,这对长时间工作在自主导航状态下的惯性导航来说将形成随时间发散的误差。
发明内容
本发明的目的在于提出一种避免在导航解算的过程中地球自转角速度引起累积误差,从而提高系统的导航精度的消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法,。
本发明的目的是这样实现的:
步骤一:建立一个旋转机构,将IMU安装在转台上,并且使IMU坐标系的三根轴与载体系的三轴平行,系统开机后预热1小时;
步骤四:根据步骤三获得的地心惯性坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵,可测量出IMU坐标系与惯性系之间的姿态角θ1、θ2和θ3,其测量公式为:
θ2=arcsin(C31) (2)
步骤五:控制转位机构依次绕IMU坐标系的zs轴、ys轴和xs轴分别转动θ3、θ2和θ1,使IMU坐标系与地心惯性系重合,同时控制IMU绕zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动;
步骤六:控制IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案转动;
步骤七:将陀螺仪和加速度计采集的信息实时的输入导航计算机中进行导航解算,最终给出载体的导航参数信息。
所述的步骤六中,IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案依次旋转时,陀螺仪输出角速度的误差形式为:
将陀螺仪的输出误差转换到地理坐标系下进行积分,转换矩阵为:
是IMU坐标系绕地心惯性系的方向余弦矩阵,由每次转动过程获得;是导航坐标系在地球自转角速度ωie的作用下与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵,其表达形式为:
本发明的有益效果在于:本发明所涉及的方案将IMU坐标系与惯性坐标轴重合,控制IMU在绕惯性坐标轴转动的同时,使IMU坐标系式中跟踪惯性坐标系,避免在导航解算时地球自转角速度分量与器件误差耦合引起系统导航误差,从而系统精度不受地球自转角速度分量的影响。本发明所涉及的方案还可以完全调制器件的常值误差、标度因数误差和安装误差,从而提高捷联惯导系统的长时间导航精度。
附图说明
图1是方案实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明的原理是:通过初始时刻的参数信息,包括地球经纬度信息和初始对准的载体姿态矩阵信息,将IMU转动至于地心惯性坐标系重合,并对IMU的zs轴反方向施加大小为ωie的旋转角速度,使IMU相对惯性空间稳定。控制IMU按事先设计好的方案绕地心惯性坐标系的zi轴和yi轴依次旋转,避免了地球自转角速度对系统的影响,从而进一步提高系统精度。
(1)建立一个旋转机构,将IMU安装在转台上,并且使IMU坐标系的三根轴与载体系的三轴平行,系统开机后预热1小时。
(4)根据步骤三获得的地心惯性坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵,测量出IMU坐标系与惯性系之间的姿态角θ1、θ2和θ3,其测量公式为:
θ2=arcsin(C31) (2)
(5)控制转位机构依次绕IMU坐标系的zs轴、ys轴和xs轴分别转动θ3、θ2和θ1,使IMU坐标系与地心惯性系重合,同时控制IMU绕zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动;
(6)控制IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案转动;
IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统转位方案依次旋转时,陀螺仪输出角速度的误差形式为:
式(4)中,Eg、δkg和εs分别为标定后的安装误差,是IMU坐标系相对地心惯性坐标系的旋转角速度在IMU坐标系下的分量,由于在步骤五中的初始时刻,IMU与地心惯性坐标系重合,因此与时变的方向余弦矩阵无关。
将陀螺仪的输出误差转换到地理坐标系下进行积分,转换矩阵为:
是导航坐标系在地球自转角速度ωie的作用下与惯性坐标系之间的方向余弦矩阵,其表达形式为:
(7)将陀螺仪和加速度计采集的信息实时的输入导航计算机中进行导航解算,最终给出载体的导航参数信息。
Claims (2)
1.一种消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法,其特征在于,包括下列步骤:
步骤一:建立一个旋转机构,将IMU安装在转台上,并且使IMU坐标系的三根轴与载体系的三轴平行,系统开机后预热1小时;
步骤三:测量当地的经纬度值λ和获得初始时刻地心惯性坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵:
步骤四:根据步骤三获得的地心惯性坐标系与导航坐标系之间的方向余弦矩阵,测量出IMU坐标系与惯性系之间的姿态角θ1、θ2和θ3,其测量公式为:
θ2=arcsin(C31)
步骤五:控制转位机构依次绕IMU坐标系的zs轴、ys轴和xs轴分别转动θ3、θ2和θ1,使IMU坐标系与地心惯性系重合,同时控制IMU绕zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动;
步骤六:控制IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案转动;
步骤七:将陀螺仪和加速度计采集的信息实时的输入导航计算机中进行导航解算,最终给出载体的导航参数信息。
2.根据权利要求1所述的一种消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法,其特征在于:
所述的步骤六中,IMU绕着地心惯性坐标系的zi轴和yi轴按系统旋转方案依次旋转时,陀螺仪输出角速度的误差形式为:
将陀螺仪的输出误差转换到地理坐标系下进行积分,转换矩阵为:
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105606095A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-05-25 | 广州展讯信息科技有限公司 | 一种简化惯性导航设备安装要求的方法与装置 |
CN106525073A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-03-22 | 北京控制工程研究所 | 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法 |
CN108803373A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-13 | 上海微小卫星工程中心 | 一种三轴转台的地速消除方法 |
CN111272199A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-12 | 北京爱笔科技有限公司 | 一种imu的安装误差角的标定方法及装置 |
CN111795695A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-10-20 | 北京百度网讯科技有限公司 | 位置信息确定方法、装置及设备 |
CN113029140A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-25 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于地心惯性系的捷联惯导系统三轴旋转调制方法 |
CN115127552A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-09-30 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 旋转调制方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101514899A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-08-26 | 哈尔滨工程大学 | 基于单轴旋转的光纤陀螺捷联惯性导航系统误差抑制方法 |
CN101900559A (zh) * | 2009-11-06 | 2010-12-01 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种捷联惯性导航系统双轴旋转调制方法 |
CN102564452A (zh) * | 2011-12-09 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种基于惯性导航系统的在线自主标定方法 |
CN103090867A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-05-08 | 哈尔滨工程大学 | 相对地心惯性系旋转的光纤陀螺捷联惯性导航系统误差抑制方法 |
-
2014
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101514899A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-08-26 | 哈尔滨工程大学 | 基于单轴旋转的光纤陀螺捷联惯性导航系统误差抑制方法 |
CN101900559A (zh) * | 2009-11-06 | 2010-12-01 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种捷联惯性导航系统双轴旋转调制方法 |
CN102564452A (zh) * | 2011-12-09 | 2012-07-11 | 北京理工大学 | 一种基于惯性导航系统的在线自主标定方法 |
CN103090867A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-05-08 | 哈尔滨工程大学 | 相对地心惯性系旋转的光纤陀螺捷联惯性导航系统误差抑制方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
于飞等: "舰船捷联惯导系统粗对准方法研究", 《传感器与微系统》 * |
郑志超等: "基于惯性系的双轴旋转式惯导系统转位方法", 《宇航学报》 * |
陆志东等: "系统级双轴旋转调制捷联惯导误差分析及标校", 《中国惯性技术学报》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105606095A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-05-25 | 广州展讯信息科技有限公司 | 一种简化惯性导航设备安装要求的方法与装置 |
CN105606095B (zh) * | 2016-03-17 | 2018-11-13 | 广州展讯信息科技有限公司 | 一种简化惯性导航设备安装要求的方法与装置 |
CN106525073A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-03-22 | 北京控制工程研究所 | 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法 |
CN106525073B (zh) * | 2016-09-27 | 2019-07-12 | 北京控制工程研究所 | 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法 |
CN108803373A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-13 | 上海微小卫星工程中心 | 一种三轴转台的地速消除方法 |
CN108803373B (zh) * | 2018-04-16 | 2021-03-26 | 上海微小卫星工程中心 | 一种三轴转台的地速消除方法 |
CN111272199A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-12 | 北京爱笔科技有限公司 | 一种imu的安装误差角的标定方法及装置 |
CN111272199B (zh) * | 2020-03-23 | 2022-09-27 | 北京爱笔科技有限公司 | 一种imu的安装误差角的标定方法及装置 |
CN111795695A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-10-20 | 北京百度网讯科技有限公司 | 位置信息确定方法、装置及设备 |
CN111795695B (zh) * | 2020-05-15 | 2022-06-03 | 阿波罗智联(北京)科技有限公司 | 位置信息确定方法、装置及设备 |
CN113029140A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-25 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于地心惯性系的捷联惯导系统三轴旋转调制方法 |
CN115127552A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-09-30 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 旋转调制方法、装置、设备及存储介质 |
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