[发明专利]倾斜状态下调制寻北仪安装误差在线估计与寻北误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾斜状态下调制寻北仪安装误差在线估计与寻北误差补偿方法。

背景技术

在人类社会生活实践中，地理方位是不可或缺的信息，寻北就是要找出载体相对地球的北向的方位关系，即确定载体的航向角。捷联式寻北又称解析式寻北，它利用陀螺直接敏感地球自转角速度分量，具有反应迅速、结构简单等优点，还可以直接应用先进的光学陀螺作为理想的寻北惯性元件。捷联寻北采用的寻北方法主要有静态寻北和动态寻北。静态寻北法包括单位置、二位置、三位置、四位置和多位置寻北，其中二位置和四位置寻北方法较常见。目前，对静态寻北方案的研究基本成熟，在寻北方案、信号滤波、误差分析及补偿、工程样机研制方面均取得了一定成果。

旋转调制式寻北是近年来新兴的一种动态寻北方案，在寻北过程中，惯性测量单元随转台绕其垂直中心轴连续恒速转动，利用陀螺在水平面或倾斜面内的输出信号解算出载体方位角。相比传统寻北方案，它将静态测量变为动态测量，利用转台的恒速旋转对陀螺和加速度计的输出进行调制，可以有效抑制陀螺常值漂移、随机漂移和加速度计漂移，满足了寻北的快速性和高精度定位要求。目前，相关理论、技术和方法仅局限于旋转调制寻北的基本原理、倾斜状态时的补偿算法以及数据处理方面，并未考虑实际寻北中陀螺的安装误差角。

在实际工程应用中，随着寻北仪工作时的湿度、温度等外界环境因素的变化，陀螺与转台之间的机械连接会因受力的变化而变形，造成陀螺坐标系与平台坐标系之间存在安装误差角，而且该误差角的大小与外界干扰因素密切相关，无法用确定的变化的规律来描述。目前尚无具体方法克服由安装误差角引起的寻北误差，使得实际应用中寻北精度受到严重制约。

发明内容

本发明目的在于提供一种倾斜状态下调制寻北仪安装误差在线估计与寻北误差补偿方法，能够对陀螺坐标系与平台坐标系之间的安装误差角进行估计，并对寻北误差进行补偿，有效提高寻北精度。

实现本发明目的技术方案：

一种倾斜状态下调制寻北仪安装误差在线估计与寻北误差补偿方法，其特征在于：

步骤一：建立地理坐标系、载体坐标系、平台坐标系、陀螺坐标系及四者之间的转换关系；

步骤二：建立倾斜状态下，转台绕自身垂直中心轴恒速旋转时，陀螺存在安装误差角时的输出模型；

步骤三：建立倾斜状态下，转台绕自身垂直中心轴恒速旋转时，加速度计存在安装误差时的输出模型；

步骤四：对陀螺和加速度计的输出信号进行处理，并得到载体的倾斜角；

步骤五：根据步骤四中对陀螺、加速度计数据处理后的结果对安装误差角进行在线估计；

步骤六：根据步骤五中对处理后陀螺的信号和步骤四中得到的载体倾斜角估计出寻北误差，然后对航向角粗估计值进行修正，得到准确的航向角，完成载体的寻北。

步骤二中，陀螺存在安装误差角时的输出模型为，

ω_yi＝K_y{-[(cosγsinH+sinθsinγcosH)ω_N-cosθsinγω_H]sinα_i

+(ω_NcosθcosH+ω_Hsinθ)cosα_i

-η[(cosγsinH+sinθsinγcosH)ω_Ncosα_i-cosθsinγω_Hcosα_i

+(ω_NcosθcosH+ω_Hsinθ)sinα_i]}+ε_yi

式中H为载体的航向角，θ和γ分别为载体的俯仰角和翻滚角，η为平台坐标系p与陀螺坐标系g之间的安装误差角，角位置α_i＝Ω·t_i，其中t_i表示转台转动到第i个位置的时间，Ω为转台恒定角速度，为当地纬度，ω_ie为地球自转角速度，ω_yi表示转台转动中第i个位置陀螺的输出值，K_y表示陀螺的标度因数，ε_yi表示转台转动中第i个位置的陀螺漂移，i＝1,2,....,n。

步骤四中，对陀螺和加速度计的输出信号进行处理，并得到载体的倾斜角，通过如下方法实现,