本發明專利技術提供的是一種基于單軸四位置轉停方案的捷聯系統誤差抑制方法。（１）通過ＧＰＳ確定載體的初始位置參數；（２）采集光纖陀螺儀輸出和加速度計輸出的數據并對數據進行處理；（３）慣性測量單元繞著載體方位軸固定的四個位置正反轉停；（４）將ＩＭＵ旋轉后光纖陀螺儀和石英加速度計生成的數據轉換到導航坐標系下，得到慣性器件常值偏差的調制形式；（５）利用光纖陀螺的輸出值ωｉｓｓ對捷聯矩陣Ｔｓｎ進行更新；（６）計算ＩＭＵ旋轉調制后載體的速度和位置；本發明專利技術水平方向上的慣性器件常值偏差進行調制，提高導航定位精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是一種測量方法，尤其涉及的是一種。
技術介紹
在捷聯式慣導系統中，所有的慣性元件都直接安裝在載體上，慣性元件的輸出就是載體相對慣性空間的加速度和角速度，有計算機將載體坐標系下測得的數據變換到導航坐標系再進行導航解算，這相當于在計算機內虛擬了一個平臺作為導航計算的參考。由于取消了平臺結構，因而系統的體積大大縮小，成本和維護費也大大降低。 慣性敏感元件的誤差是慣性導航系統誤差的主要決定因素。從工藝上提高慣性敏感元件的精度，存在技術難度大，周期長的問題，而且也不能超越現階段實現的可能。慣性元件誤差補償方法有兩種一是采用高精度的漂移誤差補償軟件，另一種是采用系統的反轉或者是旋轉補償法。 自從光學陀螺出現以后，在旋轉自動補償技術和捷聯慣性導航技術的基礎上出現了一種新型的慣導系統，即旋轉式慣性導航系統。它具有與傳統平臺系統類似的框架和轉軸，然而卻沒有穩定的平臺。簡而言之，此類慣導系統相當于在捷聯慣導系統的外貿加上轉動機構和測角裝置，導航解算也采用了捷聯慣導算法，這樣導航計算出來的依然是載體的位置和速度信息，而導航直接計算出的姿態信息只是慣性測量單元(IMU)的姿態，這時候需要加上IMU相對載體的轉動角度，就得到了載體的姿態信息。 旋轉式慣性導航系統中轉動機構的目的是為了在一個轉動周期內讓慣性元件的常值漂移對導航所產生的誤差能夠自動抵消，相應的技術也被稱為系統誤差平均技術，被廣泛的應用到當前的船用光學陀螺慣性導航系統中。 CNKI庫中與本專利技術相關的公開報道有1、《光學陀螺旋轉慣導系統原理探討》，該文章主要以靜電陀螺的旋轉調制方式為例討論了單軸、雙軸旋轉調制方法，但是沒有涉及到本文提到的單軸旋轉調制方法。2、《旋轉IMU在光纖捷聯航姿系統中的應用》，該文章主要介紹了單軸、雙軸旋轉方式，并在理論上給予證明。3、《捷聯慣導動基座對準新方法及導航誤差抑制技術研究》，該論文主要介紹了單軸旋轉調制技術的誤差補償原理，但是文章中提到的是單軸連續旋轉，沒有提及本專利技術提出的單軸四位置轉停方案。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能夠提高導航定位精度的。 本專利技術的目的是這樣實現的包括以下步驟 (1)利用全球定位系統GPS確定載體的初始位置參數，將它們裝訂至導航計算機中； (2)光纖陀螺捷聯慣性導航系統進行預熱后采集光纖陀螺儀和石英加速度計輸出的數據； (3)IMU采用8個轉停次序為一個旋轉周期的轉位方案； (4)將慣性測量單元旋轉后陀螺儀生成的數據轉換到導航坐標系下，得到慣性器件常值偏差的調制形式； (5)將IMU坐標系下陀螺儀的輸出值ωiss帶入慣導系統中采用四元數法對捷聯矩陣Tsn進行更新 其中ωien為地球自轉角速度在導航系下的分量；ωenn為導航坐標系相對地球坐標系的運動角速度在導航系下的分量；ωnss為IMU相對導航坐標系的運動角速度在載體坐標系上的分量； (6)利用石英加速度計的輸出值fiss和步驟(5)計算的姿態矩陣Tsn，計算出經過IMU旋轉調制后載體的速度和位置。 本專利技術還可以包括 1、所述的IMU采用8個轉停次序為一個旋轉周期的轉位方案為 次序1，IMU從A點出發順時針轉動180°到達位置C，停止時間Tt；次序2，IMU從C點出發順時針轉動90°到達位置D，停止時間Tt；次序3，IMU從D點出發逆時針轉動180°到達位置B，停止時間Tt；次序4，IMU從B點出發逆時針轉動90°到達位置A，停止時間Tt；次序5，IMU從A點出發逆時針轉動180°到達位置C，停止時間Tt；次序6，IMU從C點出發逆時針轉動90°到達位置B，停止時間Tt；次序7，IMU從B點出發順時針轉動180°到達位置D，停止時間Tt；次序8，IMU從D點出發順時針轉動90°到達位置A，停止時間Tt；IMU按照此轉動順序循環進行；水平東向軸上的IMU停頓點p3、p8與p4、p7對稱于轉軸中心；北向軸上的停頓點p1、p5與p2、p6對稱于轉軸中心；四位置轉停方案仍然是轉動角度為180°或90°間隔進行。 2、所述的將慣性測量單元旋轉后陀螺儀生成的數據轉換到導航坐標系下，得到慣性器件常值偏差的調制形式包括 IMU水平方向上的陀螺常值漂移分別為ωx和εy，載體靜止條件下，IMU停頓的A、B、C、D四個位置相對于導航坐標系對稱，在一個循環周期內四個固定位置上器件偏差產生的水平誤差角在導航系下滿足 IMU正反轉動的8個環節內，導航系水平方向上的誤差角度分別表示為 將一個完整轉動周期內的IMU停頓位置和轉動過程的東向和北向的水平誤差角分別相加，得到導航系下累計的水平誤差角度， 導航坐標系上水平方向上陀螺儀常值偏差得到調制，該常值偏差對系統的作用為零，水平方向上加速度計零偏也得到類似的調制。 3、所述的將IMU坐標系下陀螺儀的輸出值ωiss帶入慣導系統中采用四元數法對捷聯矩陣Tsn進行更新包括 更新四元數和姿態矩陣 設載體坐標系相對導航坐標系的轉動四元數為 Q＝q0+q1is+q2js+q3ks 其中is、js、ks分別表示IMU坐標系oxs軸、oys軸、ozs軸上的單位方向向量； 四元數的即時修正通過解四元數微分方程來實現 其中ωnssx、ωnssy、ωnssz分別表示載體相對導航系的運動角速度在IMU坐標系oxs軸、oys軸、ozs軸上的分量； 姿態矩陣Tsn的更新過程為 4、所述的計算出經過IMU旋轉調制后載體的速度和位置地方法為 1)計算導航系下加速度 2)計算載體的水平速度和位置 根據t1時刻的載體東向水平速度Vx(t1)和北向水平速度Vy(t1)，求取t1時刻載體水平速度的變化率為 在t2時刻水平速度和載體位置分別為 3)計算載體速度誤差和位置誤差 其中Vx0、Vy0分別表示初始時刻載體的東向和北向速度；ΔVx、ΔVy分別表示載體東向、北向速度的變化量； λ0分別表示初始時刻載體所處位置的經度和緯度； Δλ分別表示載體的緯度、經度的變化量；Rxp、Ryp分別表示地球子午圈、卯酉圈的曲率半徑；t1、t2為慣導系統的解算過程中兩個相鄰的時間點。 本專利技術與現有技術相比的優點在于本專利技術打破了傳統捷聯慣導系統中IMU與載體固連導致系統導航精度受到慣性器件偏差影響的約束，提出一種將IMU繞載體方位軸固定的四個位置正反轉停的慣性器件常值偏差調制方案，該方法可以將水平方向上慣性器件常值偏差進行調制，有效地提高導航定位精度。 對本專利技術有益的效果說明如下 在VC++仿真條件下，對該方法進行仿真實驗 載體處于靜止狀態，IMU四位置轉停方案的誤差模型參數 四個位置的停頓時間Tt＝5min； 轉動180°和90°時消耗的時間Tz＝12s； 轉動180°和90°的過程中，每一個轉位中的加減速時間各為4s； 載體初始位置北緯45.7796°，東經126.6705°； 初始姿態誤差角三個初始姿態誤差角均為零； 赤道半徑Re＝6378393.0m； 橢球度e＝3.367e-3本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于單軸四位置轉停方案的捷聯系統誤差抑制方法，其特征在于包括以下步驟：（１）利用全球定位系統ＧＰＳ確定載體的初始位置參數，將它們裝訂至導航計算機中；（２）光纖陀螺捷聯慣性導航系統進行預熱后采集光纖陀螺儀和石英加速度計輸出的數據；（３）ＩＭＵ采用８個轉停次序為一個旋轉周期的轉位方案；（４）將慣性測量單元旋轉后陀螺儀生成的數據轉換到導航坐標系下，得到慣性器件常值偏差的調制形式；（５）將ＩＭＵ坐標系下陀螺儀的輸出值ω↓［ｉｓ］↑［ｓ］帶入慣導系統中采用四元數法對捷聯矩陣Ｔ↓［ｓ］↑［ｎ］進行更新：ω↓［ｎｓ］↑［ｓ］＝ω↓［ｉｓ］↑［ｓ］－（Ｔ↓［ｓ］↑［ｎ］）↑［Ｔ］（ω↓［ｉｅ］↑［ｎ］＋ω↓［ｅｎ］↑［ｎ］）其中：ω↓［ｉｅ］↑［ｎ］為地球自轉角速度在導航系下的分量；ω↓［ｅｎ］↑［ｎ］為導航坐標系相對地球坐標系的運動角速度在導航系下的分量；ω↓［ｎｓ］↑［ｓ］為ＩＭＵ相對導航坐標系的運動角速度在載體坐標系上的分量；（６）利用石英加速度計的輸出值ｆ↓［ｉｓ］↑［ｓ］和步驟（５）計算的姿態矩陣Ｔ↓［ｓ］↑［ｎ］，計算出經過ＩＭＵ旋轉調制后載體的速度和位置。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫楓，孫偉，薛媛媛，袁俊佳，王根，王武劍，李國強，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：93[中國|哈爾濱]
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