一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，属于惯性导航技术领域。将捷联惯导安装于载体上，构建载体坐标系和捷联惯导坐标系；获取安装艏向，若安装艏向与捷联惯导艏向不一致，选取零偏稳定性一致的陀螺和加速度计，然后在流程采用24种安装方向，输出24组捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出以及对应的捷联惯导坐标系下的横滚角、俯仰角和方位角，构建坐标变换矩阵Cbn，采用坐标变换矩阵Cbn对捷联惯导艏向进行变换，将产品的艏向方向与载体的艏向改为一致。在不改变产品精度的前提下，对捷联惯导艏向方向进行在线变换，其变换周期短、效率高、成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法
本专利技术涉及惯性导航
，具体涉及一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法。
技术介绍
捷联惯导适用于船，及水下设备，外形尺寸已固定。客户在使用时，会遇到惯导艏向方向与载体的艏向方向不一致的情况，在这种情况下因无法对惯导艏向方向进行在线变换，因此需要将捷联惯导重新投产，导致对捷联惯导艏向方向的变换周期长，成本高。因此如何在不改变捷联惯导产品精度的基础上，对捷联惯导艏向方向进行在线变换是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，能够在保证捷联惯导精度的前提下，对捷联惯导艏向方向进行在线变换，其变换周期短、效率高、成本低为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：将捷联惯导安装于载体上，构建载体坐标系为OXYZ，捷联惯导坐标系为oxyz；获取安装艏向，若安装艏向与捷联惯导艏向不一致，采用如下捷联惯导艏向变换方法进行捷联惯导艏向变换，使其与安装艏向一致。捷联惯导艏向变换方法包括如下步骤：步骤一、捷联惯导包含三轴陀螺和三轴加速度计；三轴陀螺和三轴加速度计零偏稳定性分别一致。三轴陀螺包括x陀螺、y陀螺和z陀螺，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴。三轴加速度计分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴。将捷联惯导固联到三轴转台上，对三轴转台进行引北，固联的捷联惯导坐标系oxyz对应东北天。三轴转台包括内框、外框和中框，x陀螺对应中框，y陀螺对应内框，z陀螺对应外框，x加速度计对应中框，y加速度计对应内框，Z加速度计对应外框。步骤二、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置处静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；步骤三、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到180°位置，外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；步骤四、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；内框转动到90°位置，(即X陀螺指天。)外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；步骤五、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到-90°位置，外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；步骤六、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到90°位置，(即Y陀螺指天。)外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度。步骤七、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；内框转动到-90°位置，外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度。步骤八、将步骤二～步骤七记录的24组捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出以及对应的捷联惯导坐标系下的横滚角、俯仰角和方位角代入公式(1)和(2)得到载体坐标系下的陀螺输出和载体坐标系下的加速度计输出其中为捷联惯导坐标系下的陀螺输出，Nx、Ny、Nz分别对应捷联惯导坐标系下的x、y、z陀螺输出；为捷联惯导坐标系下的陀螺输出，Ax、Ay、Az为捷联惯导坐标系下的x、y、z加速度计输出；φ为捷联惯导坐标系下的方位角，θ为捷联惯导坐标系下的俯仰角，γ为捷联惯导坐标系下的横滚角；NX、NY、NZ分别对应载体坐标系下的x、y、z陀螺输出；AX、AY、AZ分别对应载体坐标系下的x、y、z加速度计输出。将载体坐标系下的陀螺输出和载体坐标系下的加速度计输出代入已知的的姿态误差方程公式和速度误差方程公式，计算出导航坐标系下的俯仰角横滚角方位角其中n表示导航坐标系，导航坐标系为Oxnynzn，原点为载体重心，xn轴指向东，yn轴指向北，zn轴指向天顶。步骤九、利用上式计算出的所有导航坐标系下的俯仰角横滚角方位角值进行数据处理，计算得到俯仰角标准差、横滚角标准差以及方位角标准差。步骤十、若步骤九中得到俯仰角标准差、横滚角标准差以及方位角标准差均满足设定的捷联惯导精度条件，(证明陀螺和加速度计分别具有一致的零偏稳定性。)则构建坐标变换矩阵Cbn，采用坐标变换矩阵Cbn对捷联惯导艏向进行变换。其中其中α表示捷联惯导到载体俯仰转动的角度，β表示捷联惯导到载体横滚转动的角度，η表示捷联惯导到载体方位转动的角度；以捷联惯导坐标系为起点，顺时针为正。俯仰α取值为-90°、0°或者90°；横滚β取值为-180°、-90°、0°或者90°、180°；方位η取值为-180°、-90°、0°、90°或者180°。有益效果：本专利技术提供的基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，选取零偏稳定性一致的陀螺和加速度计，然后在流程中中进行坐标变换，将产品的艏向方向与载体的艏向改为一致。在不改变产品精度的前提下，对捷联惯导艏向方向进行在线变换，其变换周期短、效率高、成本低。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，其特征在于，将捷联惯导安装于载体上，构建载体坐标系为OXYZ，捷联惯导坐标系为oxyz；获取安装艏向，若安装艏向与捷联惯导艏向不一致，采用如下捷联惯导艏向变换方法进行捷联惯导艏向变换，使其与安装艏向一致；捷联惯导艏向变换方法包括如下步骤：步骤一、捷联惯导包含三轴陀螺和三轴加速度计；陀螺和加速度计零偏稳定性分别一致。三轴陀螺包括x陀螺、y陀螺和z陀螺，分别对应捷联惯导坐标系的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，其特征在于，/n将捷联惯导安装于载体上，构建载体坐标系为OXYZ，捷联惯导坐标系为oxyz；获取安装艏向，若所述安装艏向与所述捷联惯导艏向不一致，采用如下捷联惯导艏向变换方法进行捷联惯导艏向变换，使其与所述安装艏向一致；/n所述捷联惯导艏向变换方法包括如下步骤：/n步骤一、所述捷联惯导包含三轴陀螺和三轴加速度计；三轴陀螺和三轴加速度计零偏稳定性分别一致；/n所述三轴陀螺包括x陀螺、y陀螺和z陀螺，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴；/n所述三轴加速度计分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴；/n将所述捷联惯导固联到三轴转台上，对所述三轴转台进行引北，固联的捷联惯导坐标系oxyz对应东北天；/n三轴转台包括内框、外框和中框，x陀螺对应中框，y陀螺对应内框，z陀螺对应外框，x加速度计对应中框，y加速度计对应内框，Z加速度计对应外框；/n步骤二、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置处静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤三、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到180°位置，外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤四、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；内框转动到90°位置，(即X陀螺指天。)外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤五、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到-90°位置，外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤六、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到90°位置，(即Y陀螺指天。)外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤七、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；内框转动到-90°位置，外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；/n步骤八、将步骤二～步骤七记录的24组捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出以及对应的捷联惯导坐标系下的横滚角、俯仰角和方位角代入公式(1)和(2)得到载体坐标系下的陀螺输出...

【技术特征摘要】
1.一种基于坐标变换的捷联惯导艏向变换方法，其特征在于，
将捷联惯导安装于载体上，构建载体坐标系为OXYZ，捷联惯导坐标系为oxyz；获取安装艏向，若所述安装艏向与所述捷联惯导艏向不一致，采用如下捷联惯导艏向变换方法进行捷联惯导艏向变换，使其与所述安装艏向一致；
所述捷联惯导艏向变换方法包括如下步骤：
步骤一、所述捷联惯导包含三轴陀螺和三轴加速度计；三轴陀螺和三轴加速度计零偏稳定性分别一致；
所述三轴陀螺包括x陀螺、y陀螺和z陀螺，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴；
所述三轴加速度计分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计，分别对应捷联惯导坐标系的x、y、z轴；
将所述捷联惯导固联到三轴转台上，对所述三轴转台进行引北，固联的捷联惯导坐标系oxyz对应东北天；
三轴转台包括内框、外框和中框，x陀螺对应中框，y陀螺对应内框，z陀螺对应外框，x加速度计对应中框，y加速度计对应内框，Z加速度计对应外框；
步骤二、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置处静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；
步骤三、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到180°位置，外框转动四个位置，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；
步骤四、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；内框转动到90°位置，(即X陀螺指天。)外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；
步骤五、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，0)；中框转动到-90°位置，外框转动四个位置静止，在第i个位置处转动角度为：k(i)＝45°×i，i＝0，2，4，6；外框在每个位置静止10分钟，分别记录捷联惯导坐标系下的陀螺输出和加速度计输出，此时对应的捷联惯导坐标系下的横滚角为内框转动角度，俯仰角为中框转动角度，方位角为外框转动角度；
步骤六、三轴转台的内框、中框、外框定位到位置(0，0，...

【专利技术属性】
技术研发人员：可伟，李健一，姜晓亮，马西保，王雪，李颖，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13