[发明专利]一种低成本单陀螺航位推算导航方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种单陀螺导航技术，具体涉及一种低成本单陀螺航位推算导航方法及系统。

背景技术

在军、民领域中的各类设备上，惯性导航系统作为一种现代化导航设备已被广泛应用。惯性导航系统主要分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。捷联惯性导航系统和平台式惯性导航系统一样，能精确提供载体的姿态、地速、经纬度等导航参数。

捷联惯性导航系统有以下独特优点：去掉了复杂的平台机械系统，系统结构极为简单，减小了系统的体积和重量，同时降低了成本，简化了维修，提高了可靠性。目前的导航系统通常由3个陀螺、3个加速度计组成，虽然具有选配的灵活性，但是由于使用3个陀螺造成了成本、体积、重量等的增加。

因此，有必要研究出一种低成本单陀螺航位推算导航方法及系统，从而解决现有技术的上述缺陷。

发明内容

针对捷联导航系统存在的成本较高、航向误差积累、体积、重量较大等问题，本发明提供了一种低成本单陀螺航位推算导航方法及系统，该系统利用航向感应传感器(如磁传感器，亦可为偏振光传感器)提供航向参考，采用1个光学陀螺(敏感轴指天向)与航向传感器组合提供高精度动态航向，两个加速度计负责测量载体姿态，一个里程计提供载体里程增量，利用航向、姿态、里程信息进行航位推算，从而计算载体位置，具有小体积、低功耗、低成本等诸多优点。

本发明请求提供了一种低成本单陀螺航位推算导航方法，该方法包括以下步骤：

步骤S101，利用磁感应计与光学陀螺计算载体系x轴的航向角ψ；

假设初始阶段，磁感应计受磁场环境扰动较小，则通过1分钟的静止状态，对磁感应计的航向角输出作平滑，得到初始航向角ψ₀；

采用光学陀螺辅助磁感应计进行航向角计算，利用光学陀螺输出进行航向角更新：

ψ_i＝ψ_i-1+Ω_i-1-Ω_iesin(L)cos(θ) (1)

其中，(i-1)-i表示一个采样周期(Ts)，ψ_i为i时刻的航向角，Ω_i-1为(i-1)-i时刻的陀螺输出(单位为弧度)，Ω_ie为一个采样周期内的地球自转角度，L为当地纬度,θ为载体俯仰角；

陀螺测量值存在漂移，会导致航向角误差随时间积累，利用磁感应计对陀螺的积累误差进行补偿，令ψ^G＝ψ_i表示i时刻陀螺解算的航向角，ψ^M表示磁感应计解算到的航向角；

当满足如下条件时，利用ψ^M替换ψ_i以消除陀螺漂移等因素的航向角累计误差：

条件1:t_gyro＞T,其中t_gyro为陀螺推算时间，T为某常值参数；

条件2:公式(2)成立。

其中表示一个平滑周期T_smooth内的ψ^G均值，表示一个平滑周期内ψ^M均值；将一个平滑周期分为k个子周期，即T_smooth＝k*Ts；δψ_i表示第i个子周期内的ψ^G与ψ^M差值，即J为航向角波动阈值；

不等式左侧第一项反映磁感应计与陀螺解算航向角的常值偏差，第二项反映磁感应计受磁场影响的波动程度；当不等式成立时，表明磁感应计周围磁场无异常波动，可以用ψ^M替换ψ_i以消除陀螺漂移等因素的航向角累计误差；

步骤S102，利用加速计A1计算载体俯仰角θ；

加速度计A1计算载体俯仰角θ的公式如下(见公式3)，

其中a1表示加速度计A1的测量输出量，g为重力加速度，定义载体车头上扬时θ角为正；

a_b的计算过程如公式5,6所示：

a_b＝x₂ (5)

x₂(k+1)＝x₂(k)-h*r*sat(g(k)，δ) (6)

其中：

z₁(k)＝e(k)+hx₂(k) (9)