一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法技术方案

本发明专利技术涉及一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法。首先选六个惯性器件(三个陀螺仪和三个加速度计)作为一种组合方式，将选取的惯性器件的测量信息转换至冗余旋转惯导系统等效三轴正交坐标系上，通过解析法得到惯性器件的常值零偏与冗余配置相关的三个方程，利用冗余旋转惯导系统两位置下所选取的惯性器件的测量信息计算出对应惯性器件的零偏。然后将不同组合下得到的每个惯性器件对应的零偏取平均作为该惯性器件的常值零偏，利用该常值零偏对惯性器件的测量信息进行补偿。最后利用补偿后的测量信息进行冗余旋转惯导系统的粗对准，进而提高冗余旋转惯导系统初始对准精度。本发明专利技术属于惯性导航技术领域，可应用于冗余旋转惯导系统初始粗对准。余旋转惯导系统初始粗对准。余旋转惯导系统初始粗对准。

【技术实现步骤摘要】
一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法


[0001]本专利技术涉及一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法，适用于冗余旋转惯导系统初始粗对准的场合。
技术背景
[0002]惯导系统因其自主性高、抗干扰能力强并且可以提供丰富的导航参数而被广泛的应用于航空、航天、航海和陆用车辆等领域。而其作为保障武器精确打击的核心导航系统的必要前提是保证高可靠性和高精度。提高惯导系统的可靠性可以通过冗余配置惯性器件来实现，这种由惯性器件冗余配置而组成的器件级冗余惯性导航系统(RINS)已经成为了研究热点。器件级的 RINS相对于传统的三轴正交配置的INS可以大幅提高系统的可靠性，而其相比于系统级的RINS又能在保证可靠性相当的情况下降低成本、减小体积和重量。为了在实现系统高可靠性的同时实现高精度，旋转调制技术可以在惯性器件精度不变的情况下，通过将IMU绕单轴或多轴有规律的旋转将惯性器件的误差调制成周期性地变化信号使其相消，从而达到降低系统导航误差累积的目的。
[0003]初始对准技术是惯导系统的关键技术之一，惯导系统进入导航工作状态之前必须进行初始对准。初始对准的作用是确定载体在初始时刻的姿态和航向，从而建立载体坐标系到导航坐标系(地理坐标系)之间的方向余弦阵，初始对准的精度直接影响导航精度。目前，传统的捷联惯导初始对准技术已经较为成熟，但是其在静基座下初始对准的可观测性较差，这直接影响了初始对准的快速性和精度。随着多位置初始对准的研究发展，发现多位置对准技术也可以应用于解析对准，而多位置对准只能使用转停状态下的惯性器件输出的数据。谭彩铭(标题：捷联惯导系统最简多位置解析对准，期刊：北京航空航天大学学报，作者：谭彩铭、王宇、苏岩、朱欣华，时间：2015年41卷9期1645
‑
1650页)等人提出了最简多位置解析对准方法，对多位置解析对准所需最小条件进行了讨论，并指出理论上任意两位置即可解算出IMU 的偏置，给出了解析计算方法，并通过仿真实例进行了说明和验证。丁磊香 (标题：捷联惯导系统最简多位置解析对准改进算法，期刊：中国惯性技术学报，作者：丁磊香、许厚泽、王勇、柴华、蔡小波，时间：2016年24卷 3期296
‑
298页)等人在最简多位置解析对准方法基础上进行了改进，推导了IMU偏置的解析表达式，得到了任意多位置IMU偏置的解析解，解析方法计算简单，解决了先前解析式对准方法存在的受先验信息影响较大的问题。
[0004]目前并无有效的经过验证能估计出冗余旋转惯导系统的惯性器件的常值偏置，且估计出的常值偏置可用于惯性器件的测量信息的补偿，补偿后的测量信息又可用于冗余旋转惯导系统的粗对准的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的技术解决问题是：针对目前冗余旋转惯导系统初始对准并未发现有研究的现状，提出了一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法。本专利技术方法通过惯性器件
组合的方式构造惯性器件的常值零偏与冗余配置相关的解析表达式，可以估计出惯性器件的常值零偏并用于惯性器件的测量信息的补偿，补偿后的测量信息用于冗余旋转惯导系统的粗对准，在较大程度上提高了初始对准的精度。
[0006]本专利技术的技术解决方案：
[0007]首先选取六个惯性器件(三个陀螺仪和三个加速度计)作为一种组合方式，将选取的惯性器件的测量信息转换至冗余旋转惯导系统等效三轴正交坐标系上，通过解析法得到惯性器件的常值零偏与冗余配置相关的三个方程，利用冗余旋转惯导系统两位置下所选取的惯性器件的测量信息计算出对应惯性器件的常值零偏。然后将不同组合下得到的每个惯性器件对应的常值零偏取平均作为该惯性器件的常值零偏，利用该常值零偏对惯性器件的测量信息进行补偿。最后利用补偿后的测量信息进行冗余旋转惯导系统的粗对准，进而提高冗余旋转惯导系统初始对准精度。具体步骤如下：
[0008](1)以正四面体冗余惯导为例，选取4种组合方式里面的一种进行构造惯性器件的常值零偏与冗余配置相关的解析表达式，以加速度计为例，其测量到的线加速度转换至冗余旋转惯导系统等效三轴正交坐标系上：
[0009][0010]其中，f1、f2、f3分别表示冗余惯导的加速度计1、2、3敏感到的线加速度值，分别表示转换至冗余旋转惯导系统等效三轴正交坐标系上的线加速度值，正四面体配置的冗余惯导，安装框架是正四面体结构，底面是正三角形，3个侧面安装面相同，均是等腰三角形，侧面和底面的夹角均为α，β3是侧面的一个加速度计的测量轴在x
s
oy
s
平面的投影和ox
s
轴的夹角， o
‑
x
s
y
s
z
s
是IMU坐标系；
[0011](2)构造惯性器件常值零偏和冗余配置相关的解析表达式：
[0012][0013]其中，a1、a2、 a3、ε1、ε2、ε3分别表示加速度计和陀螺仪1、2、3的常值零偏，g是载体所在位置的重力加速度，ω
ie
是地球自转角速度；
[0014]A中的u
a
、v
a
、w
a
、u
ε
、v
ε
、w
ε
可用下式分别表示：
[0015]k
11
x
a
+k
21
y
a
+k
31
z
a
＝u
a
，k
12
x
a
+k
22
y
a
+k
32
z
a
＝v
a
，k
13
x
a
+k
23
y
a
+k
33
z
a
＝w
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]k
11
x
ε
+k
21
y
ε
+k
31
z
ε
＝u
ε
，k
12
x
ε
+k
22
y
ε
+k
32
z
ε
＝v
ε
，k
13
x
ε
+k
23
y
ε
+k
33
z
ε
＝w
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017]B中的L是载体所在位置的纬度，x
a
、y
a
、z
a
、x
ε
、y
ε
、z
ε
可用下式分别表示：
[0018]k
11
f1+k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冗余旋转惯导系统两位置初始粗对准方法，其特征在于：可估计出冗余旋转惯导系统各个惯性器件的常值零偏，估计出的常值零偏可对惯性器件的测量信息进行补偿，补偿后的测量信息进行冗余旋转惯导系统的粗对准，进而提高冗余旋转惯导系统初始对准精度，具体包括以下步骤：(1)以正四面体冗余惯导为例，选取4种组合方式里面的一种进行构造惯性器件常值零偏和冗余配置相关的解析表达式：其中，a1、a2、a3、ε1、ε2、ε3分别表示加速度计和陀螺仪1、2、3的常值零偏，g是载体所在位置的重力加速度，ω
ie
是地球自转角速度；A中的u
a
、v
a
、w
a
、u
ε
、v
ε
、w
ε
可用下式分别表示：k
11
x
a
+k
21
y
a
+k
31
z
a
＝u
a
，k
12
x
a
+k
22
y
a
+k
32
z
a
＝v
a
，k
13
x
a
+k
23
y
a
+k
33
z
a
＝w
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)k
11
x
ε
+k
21
y
ε
+k
31
z
ε
＝u
ε
，k
12
x
ε
+k
22
y
ε
+k
32
z
ε
＝v
ε
，k
13
x
ε
+k
23
y
ε
+k
33
z
ε
＝w
ε
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【专利技术属性】
技术研发人员：王丽芬，邹涛，任元，王卫杰，朱挺，王岁儿，翟雪瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：