[发明专利]基于惯性传感器输出误差补偿的动基座惯导初始对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动基座条件下惯性导航系统的初始对准方法，特别是一种基于惯性传感器输出误差补偿的动基座罗经回路初始对准方法。

背景技术

惯导系统在进行正常导航工作前，必须进行初始对准。罗经对准法是一种自对准方法，基于“罗经效应”，结合经典控制理论实现惯导的初始对准。罗经初始对准方法不需要噪声模型和精确的数学模型，其对准的精度只取决于加速度计和陀螺精度，并且具有算法简单、计算量小的优点。但只要载体进行线运动，就会对罗经回路初始对准方法产生干扰，从而影响对准精度。

在载体运动状态下，载体对地速度产生的干扰角速率会包含在陀螺的输出中。并且，由于速度引起的有害加速度项也会包含在加速度计输出中。对于陀螺来说，载体运动时，其输出的角速率测量值包括三项，包括地球自转角速率、姿态变化角速率以及由于载体运动所产生的有害角速率。由载体运动引起的有害角速率，在罗经回路初始对准过程中若没有进行补偿计算，就会导致姿态解算产生误差。对于加速度计来说，在运动基座条件下它会敏感到由载体运动而产生的干扰加速度信息。在静基座罗经回路对准中这种干扰信息可以不必考虑，而在运动基座下需要从加速度计输出中去掉由于载体运动带来的误差项。

因此，研究基于惯性传感器输出补偿的罗经对准算法，能够消除这些干扰项的影响，使罗经对准法适用于动基座应用领域，具有重要的实际意义。

关于惯导系统动基座初始对准的相关文献较多，但是大部分文献采用的是传递对准方法，利用已对准的高精度惯导输出速度、姿态等信息，对待对准惯导进行匹配滤波，估计出未对准惯导的姿态失准角，从而实现惯导的动基座初始对准。其中，典型的文献是王丹力等人的《一种快速传递对准的方法》(发表于2000年第4期《航天控制》)，利用“速度+姿态”匹配方法进行卡尔曼滤波，利用已对准的主惯导系统辅助子惯导完成子惯导动基座条件下的初始对准。但是该方法要求有高精度的外部信息源，且要进行卡尔曼滤波解算，涉及大量高维的矩阵运算。而传统的罗经对准法，大都应用于静基座条件下的惯导初始对准，其中经典的文献是黄德鸣等人的《惯性导航系统》(于1999年3月哈尔滨工程大学出版社出版)，利用罗经效应完成静基座条件下惯导的初始对准，特别是方位角的对准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算量小，实施简单，能应用于动基座条件的惯导罗经回路初始对准的基于惯性传感器输出误差补偿的动基座惯导初始对准方法。

本发明采用的技术方案包括下列步骤：

步骤一：在载体运动条件下，惯导系统开机进入初始对准状态，实时同步采集三轴陀螺输出和三轴加速度计输出，计程仪进入正常工作状态，实施输出姿态的速度信息；

步骤二：惯导进行初始对准解算，实时输出载体坐标系到地理坐标系的姿态矩阵，以及载体的航向、横摇、纵摇信息；

步骤三：利用步骤二中得到的姿态矩阵，将计程仪实时提供的载体坐标系中的速度转换为载体沿地理坐标系的速度；

步骤四：计算由于载体运动产生的有害角速率信息；

步骤五：完成陀螺输出角速率信号的误差补偿；

陀螺信号的补偿如下式：

ωibb′=ωibb-CnbΔω]]>

上式中为补偿后的陀螺信号，为补偿前的陀螺输出信号，为地理坐标系向载体坐标系转换的方向余弦矩阵；

步骤六：计算由载体运动加速度产生的有害加速度信息；

步骤七：计算由地球转速产生的有害加速度信息；

步骤八：计算由运动速度产生的有害加速度信息；

步骤九：消除由载体运动引起的加速度误差项，完成对加速度计信号的补偿；

经下式可完成加速度计信号补偿：