[发明专利]一种单轴旋转调制捷联式惯性导航系统海上校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航系统技术领域，具体涉及一种单轴旋转调制捷联式惯性导航利用海上获得的位置数据，进行校准提高精度的技术方法。

背景技术

船用惯性导航系统在船舶航行过程中，连续不断地自主计算并输出船舶的各种导航参数，包括船舶的速度、姿态、航向和所在位置的经度、纬度等数据。惯性导航系统这种不需要借助电磁波或光波与外部卫星或天体联系，而独立实现的导航功能的自主性是它的优点，但是惯性导航系统的误差，特别是它提供的位置经度和纬度的误差，随船舶航行时间的延长而不断增长累积。远洋船舶在海上航行时间很长，船用惯性导航系统需在海上连续工作数十天甚至数月，不断增长的位置经度和纬度误差就必然会超出允许的范围。因此船用惯性导航系统工作一段时间后，在有可能获得外部提供的准确导航数据时，为恢复和保证惯性导航系统的导航精度，需借助外部数据对惯性导航系统累计的误差进行校准。

通常采用“综合校准”方法恢复惯性导航系统原有精度，这种“综合校准”方法相当于在惯性导航系统不断电情况下，进行一次与码头系泊状态下初始启动类似的重新启动过程。“综合校准”需花费与初始启动时相同的长达5小时的时间，在这段时间内需要连续获得外部(如卫星导航)的信息。此外，这种类似带电重新启动的“综合校准”方法，与在码头系泊状态启动的工作机理相同，但是由于海上风浪较大，惯性导航系统的工作条件比码头系泊状态恶劣，综合校准后惯性导航系统的工作精度，最好情况下也只是接近码头系泊状态初始启动后的精度。

由此可见，通常采用的“综合校准”方法的工作机理，与码头系泊状态下进行的初始启动工作机理相类似。海上“综合校准”后，惯性导航系统精度通常会比码头初始启动后稍差，最好情况下也只能接近原有精度。此外还需要持续5小时有外部提供导航数据，这是“综合校准”方法缺陷。

发明内容

为了解决“综合校准”方法中存在的校准数据采集时间长、校准精度不高的问题，本发明提出了一种单轴旋转调制捷联式惯性导航系统海上校准方法，船舶在码头初始启动后开始远航，船舶在海上航行一段时间，惯性导航系统积累一定导航误差需要校准时，根据本校准方法只需获得外部提供的一次单点位置导航数据，即可对系统进行校准，该方法不仅能够缩短校准数据采集的时间，而且还能进一步提高惯性导航系统精度。

光学(光纤或激光)陀螺捷联式惯性导航系统为提高系统自主导航精度，多采用单轴旋转调制技术消除两个水平陀螺对系统位置误差影响。此时，惯性导航系统导航中误差源只剩下垂向陀螺漂移，因此单轴旋转调制捷联式惯性导航系统导航误差的消除只需要消除垂向陀螺的漂移即可。

基于上述背景，本发明提出了一种单轴旋转调制捷联式惯性导航系统海上校准方法，该方法实现的具体步骤如下：

步骤一：船舶航行一段时间t，记此时刻为校准时刻，根据此时刻船舶上的惯性导航系统输出的位置数据以及卫星导航接收机提供的导航数据，得到：

δλ(t)＝λ′(t)-λ(t)         (1)

δL(t)＝L′(t)-L(t)             (2)

其中，λ(t)表示校准时刻卫星导航接收机获取的单点位置经度，λ′(t)表示校准时刻惯性导航系统输出的位置经度，δλ(t)表示惯性导航系统航行工作时间累积的位置经度误差；L(t)表示校准时刻卫星导航接收机获取的单点位置纬度，L′(t)表示校准时刻惯性导航系统输出的位置纬度，δL(t)表示惯性导航系统航行工作时间累积的位置纬度误差；

步骤二：根据惯性导航系统累计的位置误差δλ(t)、δL(t)以及公式(3)，得到惯性导航系统误差源陀螺漂移ε_z的公式(4)：