一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，步骤如下：采集水平陀螺的原始输出，扣除交叉敏感项、地球自转分量及陀螺常值漂移，得到的剩余量即为涡动引起的陀螺敏感量；对陀螺数据剩余量进行积分，并对积分后的数据进行拟合；建立涡动参数与涡动引起的陀螺敏感量之间微分方程，并根据上一步得到的陀螺数据剩余量的拟合值，解算出涡动参数；用得到的涡动参数对载体姿态更新算法进行补偿。该方法能有效地对带旋转机构的惯导系统中惯性测量单元的涡动进行准确建模，大幅提高载体姿态输出精度，具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种惯性
中带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，适用于带旋转机构的惯性导航系统，具体涉及一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法。
技术介绍
旋转调制技术是一种有效抑制器件常值漂移对导航精度的影响方法。以连续旋转型旋转调制惯性导航系统为例，它可以将与旋转轴垂直方向的两个陀螺的常值漂移在载体系下的投影调制成均值为零的正余弦变化量，从而大幅减小导航误差的发散，提高导航精度。旋转调制技术被广泛用于新一代惯性导航系统中，主要包括旋转调制惯导系统和混合式惯导系统，本专利技术中，统称为带旋转机构的惯导系统。在本专利技术涉及的带旋转机构的惯导系统中，主要用到了三个坐标系，下面给出其定义：惯性测量单元系(s系)：正交坐标系，zs指向电机轴向，xs指向x陀螺敏感方向，ys与xs、zs构成右手正交系。载体系(b系)：正交坐标系，xb、yb、zb分别指向载体“右前上”方向。导航坐标系(n系)：当地东北天坐标系。其中，s系与b系关系如公式(5)。Cbs=cos(ψ)sin(ψ)0-sin(ψ)cos(ψ)0001---(5)]]>其中ψ为测角结构得到的框架角度，当ψ＝0时，s系与b系重合。惯性测量单元通过导航解算可以得到其自身相对于地理系的姿态再配合由测角机构得到的s系相对于b系的姿态即可得到载体姿态具体公式如(6)。Cbn=Csn·Cbs---(6)]]>在实际系统中，由于安装间隙等原因，IMU除了绕框架正反旋转以外，还会存在绕其他方向的轴系涡动，这导致不能完全反映s系相对于b系的姿态，从而导致载体姿态存在旋转周期的震荡，极大地影响载体姿态输出精度。同一惯导系统，在旋转调制模式下和捷联模式下载体姿态输出对比如附图2所示。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，有效补偿带旋转机构的惯导系统中存在的IMU涡动，大幅提高了载体姿态输出精度。将水平陀螺数据扣除已知的交叉敏感项、地球自转分量及常值漂移，剩下的即为涡动带来的陀螺敏感项；对剩余量进行建模分析，并建立涡动参数与其带来的陀螺敏感量之间的关系，得到涡动参数，据此对载体姿态输出进行补偿。本专利技术的技术解决方案：一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，步骤如下：步骤(1)、采集水平陀螺原始数据，并扣除交叉敏感项、地球自转分量及陀螺常值漂移，得到因涡动带来的陀螺敏感量；步骤(2)、对步骤(1)得到的量进行积分，并对积分量进行拟合；步骤(3)、建立涡动与涡动引起的陀螺敏感量之间的微分方程，解微分方程，得到涡动参数；步骤(4)、利用涡动参数对载体姿态更新算法进行补偿。进一步的，步骤(2)中所述对积分量所进行的傅里叶拟合采用二阶模型。具体模型如下：∫ωx‾=Ax0+Ax1cosωt+Bx1sinωt+Ax2cos2ωt+Bx2sin2ωt∫ωy‾=Ay0+Ay1cosωt+By1sinωt+Ay2cos2ωt+By2sin2ωt---(7)]]>其中和为步骤(1)得到的因涡动引起的陀螺敏感量，ω为旋转调制的角速度，t为时间。进一步的，步骤(3)中所述建立的涡动与涡动引起的陀螺敏感量之间的微分方程如公式(8)。ωx‾=θ·y-ω·θxωy‾=θ·x+ω·θy---(8)]]>其中θx为绕ys轴方向的涡动角度，θy为绕xs轴方向的涡动角度，分别为其微分量。进一步的，步骤(3)中所述解微分方程，采用的是系数匹配的方法。即假设涡动的描述式如下：θx=x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωtθy=y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt---(9)]]>根据涡动与陀螺敏感量之间的关系，得到如下公式：-Ax1ωsinωt+Bx1ωcosωt-2Ax2ωsin2ωt+2Bx2ωcos2ωt=-y1ωsinωt+y2ωcosωt-2y3ωsin2ωt+2y4ωcos2ωt-ω(x1cosωt+x2sinωt+x3cos2ωt+x4sin2ωt)-Ay1ωsinωt+By1ωcosωt-2Ay2ωsin2ωt+2By2ωcos2ωt=-x1ωsinωt+x2ωcosωt-2x3ωsin2ωt+2x4ωcos2ωt+ω(y1cosωt+y2sinωt+y3cos2ωt+y4sin2ωt)---(10)]]>根据各项分量的系数相等，可解出涡动参数。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)、本专利技术从陀螺原始数据入手，能够对涡动进行准确建模，拟合残差小；(2)、本专利技术的涡动补偿方法，仅仅对载体姿态输出进行修正，不会带来其他的导航误差；(3)、本专利技术的对涡动的分析，揭示了涡动的具体运动形式；(4)、本专利技术的对载体姿态输出精度的补偿算法，可满足系统在线实时性需求，提高在线导航载体姿态输出精度。附图说明图1为本专利技术实现流程图；图2为系统工作在捷联模式和旋转模式时的载体水平姿态输出对比；图3为x陀螺敏感量积分拟合曲线和残差；图4为y陀螺敏感量积分拟合曲线和残差；图5为补偿前后载体水平姿态输出对比。具体实施方式下面结合具体的实施例，详细介绍本专利技术方法。如图1所示，本专利技术提出一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，步骤如下：(1)、采集水平陀螺原始数据，并按公式(11)扣除交叉敏感项、地球自转分量及陀螺常值漂移，得到因涡动带来的陀螺敏感量；其中，ωx、ωy、ωz为陀螺原始输出，ωie为地球自转角速度，L为纬度，为测角机构输出，εx、εy分别为x、y陀螺常值漂移，为陀螺安装误差角。(2)、对步骤(1)得到的量进行积分，并对积分量进行傅里叶拟合，拟合模型如公式(12)所示：∫ωx‾=Ax0+Ax1cosωt+Bx1sinωt+Ax2cos2ωt+Bx2sin2ωt∫ωy‾=Ay0+Ay1cos&omega本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、采集水平陀螺原始数据，并扣除交叉敏感项、地球自转分量及陀螺常值漂移，得到因涡动带来的陀螺敏感量；步骤(2)、对步骤(1)得到的量进行积分，而后进行拟合；步骤(3)、建立涡动与涡动引起的陀螺敏感量之间的微分方程，解微分方程，得到涡动参数；步骤(4)、利用涡动参数对载体姿态输出进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、采集水平陀螺原始数据，并扣除交叉敏感项、地球自转分量及陀螺常值漂移，得到因涡动带来的陀螺敏感量；步骤(2)、对步骤(1)得到的量进行积分，而后进行拟合；步骤(3)、建立涡动与涡动引起的陀螺敏感量之间的微分方程，解微分方程，得到涡动参数；步骤(4)、利用涡动参数对载体姿态输出进行补偿。2.根据权利要求书1所述的基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，其特征在于：步骤(2)中所述对积分量所进行的傅里叶拟合采用二阶模型，具体模型如下：∫ωx‾=Ax0+Ax1cosωt+Bx1sinωt+Ax2cos2ωt+Bx2sin2ωt∫ωy‾=Ay0+Ay1cosωt+By1sinωt+Ay2cos2ωt+By2sin2ωt---(1)]]>其中和为步骤(1)得到的因涡动引起的陀螺敏感量，ω为旋转调制的角速度，t为时间。3.根据权利要求书1所述的基于陀螺数据的带旋转机构的惯导系统涡动补偿方法，其特征在于：步骤(3)中所述建立的涡动与涡动引起的陀螺敏感量之间的微分方程如下：ωx‾=θ·y-ω·θxωy‾=θ·x+ω·θy---(2)]]>其中θx为绕惯性测量坐标系y轴方向的涡动角度，θy为绕惯性测量坐标系x轴方向的涡动角度，分别为其微分量。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，隋杰，王玮，宋天骁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11