CN107655494A - 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法 - Google Patents

一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107655494A
CN107655494A CN201710832735.4A CN201710832735A CN107655494A CN 107655494 A CN107655494 A CN 107655494A CN 201710832735 A CN201710832735 A CN 201710832735A CN 107655494 A CN107655494 A CN 107655494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
msub
mtd
msup
mtr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710832735.4A
Other languages
English (en)
Inventor
徐博
张娇
王星
薛冰
王连钊
李盛新
李珊珊
王潇雨
刘斌
金坤明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201710832735.4A priority Critical patent/CN107655494A/zh
Publication of CN107655494A publication Critical patent/CN107655494A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法,包括如下步骤:步骤一:计算载体所在位置地球坐标系相对导航坐标系的旋转矩阵;步骤二:计算载体所在位置地心惯性系对地球坐标系的旋转矩阵;步骤三:计算载体坐标系对载体惯性系的旋转矩阵;步骤四:计算载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵;步骤五:计算载体坐标系相对导航坐标系的姿态矩阵;步骤六:重新选定对准时刻,重复执行步骤四~步骤五,得到步骤七:求取姿态角并计算姿态角均值;步骤八:计算姿态修正矩阵;步骤九:利用姿态修正矩阵修正惯导系统的导航姿态矩阵;步骤十:重复执行步骤二~步骤九,实现惯导系统粗对准。本发明方法可在摇摆基座条件下实现惯导系统快速的粗对准。

Description

一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法
技术领域
本发明涉及导航领域,具体涉及一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法。
背景技术
初始对准是惯性导航系统在正式工作之前的重要准备工作,而粗对准又是初始对准的关键,具有广阔的应用前景。从理论上来说,对准速度是是粗对准最为重要的指标之一,粗对准的时间直接影响初始对准性能的优劣。因此,在现有的条件下,考虑加速度计的刻度系数误差、安装误差角和其他干扰加速度,对捷联惯导系统的摇摆基座粗对准进行优化,使粗对准的时间达到最优,是粗对准方向需要深入研究的课题。目前针对粗对准多采取构造重力加速度来构造辅助矢量,推导载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵,然而这样推导出载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵的误差会比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在摇摆基座条件下惯导系统粗对准更快速的摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法。
本发明的目的是这样实现的,包括如下步骤:
步骤一:利用卫星导航系统获取载体所在位置的经度和纬度;计算载体所在位置地球坐标系相对导航坐标系的旋转矩阵计算表达式为
式中,L为载体所在位置的纬度;
步骤二:计算载体所在位置地心惯性系对地球坐标系的旋转矩阵计算表达式为
式中,ωie为地球自转角速度,Δt为距对准起始时刻的时间间隔;
步骤三:实时采集惯导系统陀螺仪和加速度计的输出进行惯导解算,并根据四元数和四阶龙格库塔法计算载体坐标系对载体惯性系的旋转矩阵
步骤四:选定两个对准时刻利用惯导系统中陀螺仪的输出以及加速度计的输出和步骤三中得到的计算载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵计算表达式为
式中,Δtk为对准时刻与对准开始时刻的时间间隔;g为当地重力加速度;
步骤五:计算载体坐标系相对导航坐标系的姿态矩阵计算表达式为;
步骤六:重新选定对准时刻,重复执行步骤四~步骤五,得到
步骤七:结合欧拉角公式对步骤五和步骤六中得到的求取姿态角,并计算姿态角均值;步骤八:结合欧拉角公式通过姿态角均值计算姿态修正矩阵Tbn
步骤九:利用姿态修正矩阵修正惯导系统的导航姿态矩阵T,得到粗对准后的惯导系统导航姿态矩阵TT,表达式为
步骤十:重复执行步骤二~步骤九,实现惯导系统粗对准。
进一步的,所述的对准时刻间隔大于等于30s
本发明具有如下有益效果:
一、本发明步骤四中利用了两次速度矢量进行粗对准,在加速度计存在刻度系数误差、安装误差角和其他干扰加速度条件下,均能实现精确对准,具有更高的实用价值;
二、本发明方法通过采用一段时间内载体惯性系相对地心惯性系的姿态角均值和姿态矩阵最优正交化方法提高了对准精度。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明做更详细的描述:
步骤一:确定地球坐标系对导航坐标系的旋转矩阵
根据载体的位置可得:
L为载体所在位置的纬度。
步骤二:计算地心惯性系对地球坐标系的旋转矩阵
ωie为地球自传角速度,Δt=t-t0为距对准起始刻时的时间间隔。
步骤三:计算载体坐标系对载体惯性系的旋转矩阵
通过陀螺仪测出根据四元数和四阶龙格库塔法求出每一时刻的
步骤四:计算载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵
在摇摆基座上,加速度计的输出在坐标系ib0上的投影
式中
δKA、δA分别为加速度计的刻度系数误差和安装误差角,为捷联惯导质心相对载体浮心存在杆臂r所产生的杆臂干扰加速度,为载体垂荡、纵荡、横荡及振动产生的干扰加速度,加速度计零偏。
对(3)在[t0,tk]内积分并记:
由于
gn=[0 0 -g]T (9)
所以
式中,Δtk=tk-t0
步骤五:多次求取姿态矩阵,计算姿态角后求平均,然后根据姿态角反求姿态矩阵,最后求出失准角。具体如下,例如:
1.在50s到300s内取值,当分别为50s,60s,70s时,求取出向量Vi(tk1),Vib0(tk1)的值,然后取在 100s到300s内取值,每间隔十秒取只一次,分别求出Vi(tk2),Vib0(tk2)的值,即根据(13)式可求出21*3 个
2.然后接着取80s,求取出向量Vi(tk1),Vib0(tk1)的值,间隔大于等于30s秒,取为110s到300s,每间隔十秒取只一次,分别求出Vi(tk2),Vib0(tk2)的值,即根据(13)式可求出20个
3.以此递推,当时,求取出向量Vi(tk1),Vib0(tk1)的值,然后取为300s,每间隔十秒取只一次,分别求出Vi(tk2),Vib0(tk2)的值,即根据(13)式可求出1个
步骤六:进行载体坐标系对导航坐标系姿态矩阵的更新;
步骤七:一共求出21*3+20+........+1=273个即求出273个即273个姿态角,对其求取平均值,等到平均的姿态角。
步骤八:同通过得到的姿态角,求与之对应的姿态矩阵,再根据
求出失准角。
步骤九:重复步骤二到步骤八。

Claims (2)

1.一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:利用卫星导航系统获取载体所在位置的经度和纬度;计算载体所在位置地球坐标系相对导航坐标系的旋转矩阵计算表达式为
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>e</mi> <mi>n</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi> </mi> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>cos</mi> <mi> </mi> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>cos</mi> <mi> </mi> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>sin</mi> <mi> </mi> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中,L为载体所在位置的纬度;
步骤二:计算载体所在位置地心惯性系对地球坐标系的旋转矩阵计算表达式为
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中,ωie为地球自转角速度,Δt为距对准起始时刻的时间间隔;
步骤三:实时采集惯导系统陀螺仪和加速度计的输出进行惯导解算,并根据四元数和四阶龙格库塔法计算载体坐标系对载体惯性系的旋转矩阵
步骤四:选定两个对准时刻利用惯导系统中陀螺仪的输出以及加速度计的输出和步骤三中得到的计算载体惯性系对地心惯性系的旋转矩阵计算表达式为
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <msub> <mi>i</mi> <msub> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </msub> </msub> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "|" close = "|"> <mtable> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfenced open = "|" close = "|"> <mtable> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mrow> <msub> <mi>ib</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mrow> <msub> <mi>ib</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mrow> <msub> <mi>ib</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mi>V</mi> <mrow> <msub> <mi>ib</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中,Δtk为对准时刻与对准开始时刻的时间间隔;g为当地重力加速度;
步骤五:计算载体坐标系相对导航坐标系的姿态矩阵计算表达式为;
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>e</mi> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>C</mi> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mi>i</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </msubsup> </mrow>
步骤六:重新选定两个对准时刻,重复执行步骤四~步骤五,得到
步骤七:结合欧拉角公式对步骤五和步骤六中得到的求取姿态角,并计算姿态角均值;
步骤八:结合欧拉角公式通过姿态角均值计算姿态修正矩阵Tbn
步骤九:利用姿态修正矩阵修正惯导系统的导航姿态矩阵T,得到粗对准后的惯导系统导航姿态矩阵TT,表达式为
<mrow> <mi>T</mi> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow>
步骤十:重复执行步骤二~步骤九,实现惯导系统粗对准。
2.如权利要求1所述的一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法,其特征在于,所述的对准时刻间隔大于等于30s。
CN201710832735.4A 2017-09-15 2017-09-15 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法 Pending CN107655494A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710832735.4A CN107655494A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710832735.4A CN107655494A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107655494A true CN107655494A (zh) 2018-02-02

Family

ID=61130540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710832735.4A Pending CN107655494A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107655494A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109032161A (zh) * 2018-08-02 2018-12-18 哈尔滨工业大学(深圳) 基于四阶龙格库塔方法的小惯量航天器姿态抖动确定方法
CN110030998A (zh) * 2019-04-23 2019-07-19 北京航天自动控制研究所 一种动基座平台斜调平矩阵计算方法、装置以及存储介质
CN112611394A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 西北工业大学 一种在发射坐标系下的飞行器姿态对准方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629826A (zh) * 2009-07-01 2010-01-20 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粗对准方法
CN103245360A (zh) * 2013-04-24 2013-08-14 北京工业大学 晃动基座下的舰载机旋转式捷联惯导系统自对准方法
CN103913179A (zh) * 2014-03-19 2014-07-09 中国人民解放军63680部队 舰载单轴旋转调制捷联惯导姿态角修正方法
CN105043418A (zh) * 2015-08-04 2015-11-11 北京航天控制仪器研究所 一种适用于船载动中通的惯导系统快速初始粗对准方法
CN105115519A (zh) * 2015-08-18 2015-12-02 北京爱科迪通信技术股份有限公司 应用于动中通系统的惯导系统初始对准方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629826A (zh) * 2009-07-01 2010-01-20 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粗对准方法
CN103245360A (zh) * 2013-04-24 2013-08-14 北京工业大学 晃动基座下的舰载机旋转式捷联惯导系统自对准方法
CN103913179A (zh) * 2014-03-19 2014-07-09 中国人民解放军63680部队 舰载单轴旋转调制捷联惯导姿态角修正方法
CN105043418A (zh) * 2015-08-04 2015-11-11 北京航天控制仪器研究所 一种适用于船载动中通的惯导系统快速初始粗对准方法
CN105115519A (zh) * 2015-08-18 2015-12-02 北京爱科迪通信技术股份有限公司 应用于动中通系统的惯导系统初始对准方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109032161A (zh) * 2018-08-02 2018-12-18 哈尔滨工业大学(深圳) 基于四阶龙格库塔方法的小惯量航天器姿态抖动确定方法
CN110030998A (zh) * 2019-04-23 2019-07-19 北京航天自动控制研究所 一种动基座平台斜调平矩阵计算方法、装置以及存储介质
CN112611394A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 西北工业大学 一种在发射坐标系下的飞行器姿态对准方法及系统
CN112611394B (zh) * 2020-12-16 2022-08-16 西北工业大学 一种在发射坐标系下的飞行器姿态对准方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103900565B (zh) 一种基于差分gps的惯导系统姿态获取方法
CN102486377B (zh) 一种光纤陀螺捷联惯导系统初始航向的姿态获取方法
CN101706281B (zh) 惯性/天文/卫星高精度组合导航系统及其导航方法
CN100547352C (zh) 适合于光纤陀螺捷联惯性导航系统的地速检测方法
CN101881619B (zh) 基于姿态测量的船用捷联惯导与天文定位方法
CN105091907B (zh) Sins/dvl组合中dvl方位安装误差估计方法
CN102564455B (zh) 星敏感器安装误差四位置标定与补偿方法
CN105157724B (zh) 一种基于速度加姿态匹配的传递对准时间延迟估计与补偿方法
CN103076026B (zh) 一种捷联惯导系统中确定多普勒计程仪测速误差的方法
CN104764463B (zh) 一种惯性平台调平瞄准误差的自检测方法
CN110455310A (zh) 高超声速飞行器的大气数据测量方法
CN102305635B (zh) 一种光纤捷联罗经系统的对准方法
CN107764261B (zh) 一种分布式pos传递对准用模拟数据生成方法和系统
CN107655494A (zh) 一种摇摆基座条件下惯导系统粗对准方法
CN103148868B (zh) 匀速直航下基于多普勒计程仪地理系测速误差估计的组合对准方法
CN103674064B (zh) 捷联惯性导航系统的初始标定方法
CN104501838A (zh) 捷联惯导系统初始对准方法
CN102707080B (zh) 一种星敏感器模拟捷联惯导陀螺的方法
CN107741240A (zh) 一种适用于动中通的组合惯导系统自适应初始对准方法
CN103398725A (zh) 一种基于星敏感器的捷联惯导系统初始对准的方法
CN104049269A (zh) 一种基于激光测距和mems/gps组合导航系统的目标导航测绘方法
CN102288177B (zh) 一种基于角速率输出的捷联系统速度解算方法
CN106959457B (zh) 一种用于卫星导航的glonass历书参数估计方法
CN107664511A (zh) 基于速度信息的摇摆基座粗对准方法
CN106643726B (zh) 一种统一惯性导航解算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180202