本发明专利技术公开了一种单轴旋转光纤陀螺捷联惯导系统速度误差抑制方法，包括步骤一：通过全球定位GPS系统采集载体位置信息；步骤二：采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；步骤三：旋转机构带动惯性组件以ω进行单轴正反转停运动；采用八个转停次序为一个旋转周期的旋转方案；步骤四：实时采集光纤陀螺仪和石英加速度计测量载体运动的线速度和角速度信息，导航解算得到导航信息；步骤五：构造Butterworth带阻滤波器，将导航系下得到的载体速度进行Butterworth滤波器处理。本发明专利技术通过旋转角速度设计了Butterworth带阻滤波器，滤除导航系下与旋转角速度有关的振荡误差项，提高了速度信息精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于Butterworth (巴特沃兹)数字滤波的单轴旋转光纤陀螺捷联惯导系统速度误差抑制方法，属于惯性
中减小导航信息误差的抑制方法。
技术介绍
捷联惯导系统(SINS)是将惯性组件(陀螺仪和加速度计)直接安装在载体上的一种全自主导航系统。它不需要任何外界信息，利用采集惯性组件测量载体运动的线运动和角运动信息，经导航解算连续输出载体的速度、位置和姿态信息。由于SINS具有体积小、重量轻、易于维护、可靠性高等优点被广泛用于航空、航天、航海等领域。但是，由于惯性组件常值偏差的存在，导致系统定位误差随时间发散而不断增大是制约SINS长时间导航的重要因素之一。为了提高系统定位精度，一方面可以提高惯性元件精度，但是由于受加工技术水平的限制，无限制的提高元件精度是很难实现的；另一方面就是采取捷联惯性导航系统的误差抑制技术，自动抵消惯性器件的误差对系统精度的影响。这样就可以应用现有精度的惯性元件构成较高精度的捷联惯性导航系统。旋转调制技术是一种惯性器件偏差自补偿方法，该方法通过旋转机构带动惯性组件有规律的转动，对惯性器件常值偏差的调制来抵消该误差项对系统的影响，进而提高系统定位精度。虽然旋转调制能够有效地抑制定位误差发散，但同时又给速度等导航信息带来了新误差，制约了速度信息的可用性。对于工作在单轴正反转停旋转方案的捷联惯导系统:转动过程中，系统解算速度误差中，出现了与旋转转速有关的新振荡误差；停位过程中，一次旋转运动变换IMU停位位置后，器件常值偏差在导航系投影有所变化，从而使得系统中引入了新的扰动，导致速度误差再一次激励舒勒、地球周期振荡。也就是说，每变换一个停位位置，在停位时间段内，就会重新激励振荡误差。在CNKI库中公开报道有:1.《系统级双轴旋转调制捷联惯导误差分析及标校》，该文章主要提出了一种系统级双轴旋转调制式捷联惯导工程实现方案，找出了影响系统长航时导航精度的误差源。2.《旋转激光陀螺惯导系统误差传播特性分析》，该文章主要对单轴旋转式激光陀螺惯导系统的误差传播特性进行了深入研究，针对单轴正反转停旋转方案，对各误差项调制效果进行了分析。3.《旋转惯导系统中转轴方向对系统调制精度的影响》，本文主要分析了单轴旋转惯导系统中转台转轴方向对系统精度的影响。以上文献都在于抑制发散式定位误差，并没有提及旋转调制对系统解算速度信息精度及适用性的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出，基于Butterworth数字滤波器，将旋转调制惯导系统解算速度信息作为输入，通过以旋转角速度为依据而设计的Butterworth数字滤波器滤除速度误差中导航系下与旋转角速度有关的振荡误差项，提高速度精度，增强系统解算速度信息的适用性。—种单轴旋转光纤陀螺捷联惯导系统速度误差抑制方法，包括以下步骤:步骤一:通过全球定位GPS系统采集载体位置信息，并装订至导航计算机中；步骤二:将旋转机构转动至IMU系与载体系重合的位置，有Cj=I谋中b表示载体坐标系，s表示IMU坐标系，Cm示s系到b系转换矩阵，I表示单位阵；将光纤陀螺捷联惯导系统进行充分预热后，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；得到载体的角运动信息和线运动信息；角运动信息包括角速度值，线运动信息包括比力值；步骤三:旋转机构带动惯性组件以ω进行单轴正反转停运动；采用八个转停次序为一个旋转周期的旋转方案；步骤四:实时采 集光纤陀螺仪和石英加速度计测量载体运动的线速度和角速度信息，导航解算得到导航信息 ；步骤五:构造Butterworth带阻滤波器，将导航系下得到的载体速度进行Butterworth滤波器处理，滤除导航系下与旋转角速度有关的振荡误差项，滤波后的速度作为最终导航解算输出信息。本专利技术的优点在于:本专利技术针对调制型捷联惯导系统解算导航信息中速度误差形式，在得出调制过程中速度误差的具体形式后，通过旋转角速度设计了 Butterworth带阻滤波器，将导航系下解算出的载体速度进行带阻滤波器处理，滤除导航系下与旋转角速度有关的振荡误差项，滤波后的速度作为最终导航解算输出信息，提高了速度信息精度，增强了该信息的适用性。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的步骤三中IMU四位置转停示意图；图2a为① ④旋转过程；图2b为⑤ ⑧旋转过程；图3为本专利技术步骤三构造的Butterworth滤波器幅频响应曲线；图4为本专利技术实施例1中利用Visual C++仿真得到滤波前后速度误差比较曲线； 图5为本专利技术实施例2中利用单轴转台试验得到滤波前后速度误差比较曲线。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是，方法流程如图1所示，包括以下步骤:步骤一:通过全球定位GPS系统采集载体位置信息，并装订至导航计算机中；导航初始时刻，通过全球定位GPS系统采集初始时刻载体位置信息、速度信息，并装订至导航计算机中。载体位置信息包括载体所在位置的经度、纬度信息。导航过程中，利用该初始信息进行更新，得到任意时刻载体的速度、位置。步骤二:将旋转机构转动至IMU系与载体系重合的位置，有0 = I。其中b表示载体坐标系，s表示IMU坐标系，C:表示s系到b系转换矩阵，I表示单位阵。将光纤陀螺捷联惯导系统进行充分预热后，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据，得到载体的角运动信息和线运动信息。角运动信息包括角速度值,线运动信息包括比力值。根据加速度计输出的比力值与重力加速度关系、以及陀螺仪输出的角速度值与地球自转角速度关系，确定载体姿态角，完成系统初始对准，建立惯导系统初始捷联矩阵C::权利要求1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:通过全球定位GPS系统采集载体位置信息，并装订至导航计算机中； 导航初始时刻，通过全球定位GPS系统采集初始时刻载体位置信息、速度信息，并装订至导航计算机中；载体位置信息包括载体所在位置的经度、纬度信息； 导航过程中，利用该初始信息进行更新，得到任意时刻载体的速度、位置； 步骤二:将旋转机构转动至IMU系与载体系重合的位置，有=1 ;其中b表示载体坐标系，s表示IMU坐标系，€丨表示s系到b系转换矩阵，I表示单位阵；将光纤陀螺捷联惯导系统进行充分预热后，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；得到载体的角运动信息和线运动信息；角运动信息包括角速度值,线运动信息包括比力值； 根据加速度计输出的比力值与重力加速度关系、以及陀螺仪输出的角速度值与地球自转角速度关系，确定载体姿态角，完成系统初始对准，建立惯导系统初始捷联矩阵 :全文摘要本专利技术公开了，包括步骤一通过全球定位GPS系统采集载体位置信息；步骤二采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；步骤三旋转机构带动惯性组件以ω进行单轴正反转停运动；采用八个转停次序为一个旋转周期的旋转方案；步骤四实时采集光纤陀螺仪和石英加速度计测量载体运动的线速度和角速度信息，导航解算得到导航信息；步骤五构造Butterworth带阻滤波器，将导航系下得到的载体速度进行Butterworth滤波器处理。本专利技术通过旋转角速度设计了Butterworth带阻滤波器，滤除导航系下与旋转角速度有关的振荡误差项，提高了速度信息精度。文档编号G01C21/16GK103090866SQ2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单轴旋转光纤陀螺捷联惯导系统速度误差抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过全球定位GPS系统采集载体位置信息，并装订至导航计算机中；导航初始时刻，通过全球定位GPS系统采集初始时刻载体位置信息、速度信息，并装订至导航计算机中；载体位置信息包括载体所在位置的经度、纬度信息；导航过程中，利用该初始信息进行更新，得到任意时刻载体的速度、位置；步骤二：将旋转机构转动至IMU系与载体系重合的位置，有其中b表示载体坐标系，s表示IMU坐标系，表示s系到b系转换矩阵，I表示单位阵；将光纤陀螺捷联惯导系统进行充分预热后，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；得到载体的角运动信息和线运动信息；角运动信息包括角速度值，线运动信息包括比力值；根据加速度计输出的比力值与重力加速度关系、以及陀螺仪输出的角速度值与地球自转角速度关系，确定载体姿态角，完成系统初始对准，建立惯导系统初始捷联矩阵Csn=CbnCsb=cosφy0cosφz0-sinφx0sinφy0sinφz0-cosφx0sinφz0sinφy0cosφz0+sinφz0sinφx0cosφy0sinφz0cosφy0+sinφx0sinφy0cosφz0cosφx0cosφz0sinφz0sinφy0+cosφz0sinφx0cosφy0-cosφx0sinφy0sinφx0cosφx0cosφy0---(1)其中，φx0、φy0、φz0分别表示初始时刻载体俯仰角、横滚角、航向角；步骤三：旋转机构带动惯性组件以ω进行单轴正反转停运动；采用八个转停次序为一个旋转周期的旋转方案；所述惯性组件简称IMU，IMU转动过程采用八个转停次序为一个旋转周期的转位方案，具体为：次序1，IMU从A点出发顺时针转动180°，到达位置C，停止时间Tr；次序2，IMU从C点出发逆时针转动90°，到达位置B，停止时间Tr；次序3，IMU从B点出发顺时针转动180°，到达位置D，停止时间Tr；次序4，IMU从D点出发逆时针转动270°，到达位置A，停止时间Tr；次序5，IMU从A点出发逆时针转动180°，到达位置C，停止时间Tr；次序6，IMU从C点出发顺时针转动90°，到达位置D，停止时间Tr；次序7，IMU从D点出发逆时针转动180°，到达位置B，停止时间Tr；次序8，IMU从B点出发顺时针转动270°，到达位置A，停止时间Tr；IMU按照此转动顺序循环进行；步骤四：实时采集光纤陀螺仪和石英加速度计测量载体运动的线速度和角速度信息，导航解算得到导航信息；通过旋转调制状态下采集的陀螺仪数据，更新捷联矩阵具体为：角速度更新：ωnss==ωiss-(Csn)T(ωies+ωens)---(2)其中，i表示地心惯性系，e表示地球坐标系，s表示惯性组件坐标系，n表示导航坐标系，这里采用当地地理坐标系；表示s系到n系转换矩阵；表示p系相对m系旋转角速度在q系投影，m＝n,i,e，p＝s,e,n，q＝s；四元数姿态矩阵更新：设任意时刻载体坐标系相对平台坐标系的转动四元数为：Q＝q0+q1ib+q2jb+q3kb????（3）其中，Q为四元数；q0、q1、q2、q3为四元数的四个实数；ib、jb、kb分别表示IMU坐标系oxs轴、oys轴、ozs轴上的单位方向向量；四元数Q的及时修正：q·0q·1q·2q·3=120-ωnsxs-ωnsys-ωnszsωnsxs0ωnszs-ωnsxsωnsys-ωnszs0ωnsxsωnszsωnsys-ωnsxs0q0q1q2q3---(4)其中，分别表示旋转机构相对导航系的运动角速度在IMU坐标系oxs轴、oys轴、ozs轴上的分量；分别表示q0、q1、q2、q3的变化率；根据k时刻载体坐标系相对平台坐标系的转动四元数q0(k)、q1(k)、q2(k)、q3(k)，求取k时刻转动四元数的变化率为：q·0(k)q·1(k)q&CenterDot...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙枫，王秋滢，齐昭，高伟，高峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。