[发明专利]一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法

说明书

本发明公开了一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法，其包括：根据旋转平台的旋转方案计算出第k个控制时刻旋转平台相对导航坐标系的旋转角速度；控制旋转平台旋转，使得IMU坐标系p同载体坐标系b重合；旋转调制惯性导航系统进入导航状态，获得第一个控制周期内旋转平台内环轴、外环轴的控制角速度；预测第k+1个控制周期内载体相对导航坐标系的运动角速度，以及旋转平台相对载体坐标系的旋转控制角速度；求得旋转平台内环轴、外环轴的控制角速度；控制内环轴、外环轴的控制角速度，消除载体角运动的影响，实现载体角运动的隔离。本发明保证了旋转调制的效果，提高了导航系统的精度。

技术领域

本发明涉及一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法，属于旋转调制惯性导航系统领域。

背景技术

惯性导航系统是复杂的高精度机电综合系统，因其自主性和无源性而被广泛应用于陆海空天领域。然而惯性导航系统的误差会随时间不断积累，其定位精度往往不能满足长航时导航的精度要求。惯性敏感元件的误差是惯性导航系统误差的主要决定因素。从工艺上提高惯性敏感元件的精度，技术难度大、周期长、成本高。因此，在惯性敏感元件的精度达到一定要求后，通常采用系统技术补偿元件误差，而旋转调制技术就是一种行之有效的方法。旋转调制技术通过旋转平台的周期旋转，使惯性器件误差被调制成均值为零的周期变化量，实现对惯性器件常值漂移和慢变误差的有效抑制，从而提高惯性导航系统定位精度。旋转方案的设计是旋转调制惯性导航系统领域的研究热点之一，很多旋转方案相继被提出。然而这些旋转方案都是以假定载体静止为前提的，即设计的旋转平台的旋转都是相对载体坐标系旋转的。但是在实际工程运用中，载体是在运动的，从而使得旋转平台相对导航坐标系的旋转情况与旋转方案所设计的不同，对旋转调制的效果造成不可忽略的影响。因此使旋转平台相对于载体坐标系旋转的误差补偿方法存在局限性，为保证旋转调制需要设计相应的隔离载体角运动的方案。

如果增加独立的位置伺服机构来实现对导航坐标系的跟踪，从而实现对载体角运动的隔离，则会提高导航系统的软硬件复杂度，降低系统的鲁棒性，增加系统的成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的不足，提出一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法，具有隔离载体的角运动、减小载体角运动对旋转调制效果的影响的优势。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法，所述旋转调制惯性导航系统由旋转平台与惯性导航系统组成，其中惯性导航系统位于旋转平台之上，旋转平台位于载体之上，且旋转平台为双轴，分别为内环轴和外环轴；初始时刻内环轴与载体坐标系的z轴平行，外环轴与载体坐标系的x轴平行；

其关键特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据旋转平台的旋转方案计算出第k个控制时刻旋转平台相对导航坐标系n的旋转角速度其中，k＝1,2,3，…，所述导航坐标系n为地理坐标系；

步骤2，控制旋转平台旋转，使得IMU坐标系p同载体坐标系b重合；其中，所述IMU坐标系为惯性测量元件坐标系；

步骤3，旋转调制惯性导航系统进入导航状态，第一个控制周期内，旋转平台的控制角速度与旋转方案的角速度相同，即内环轴、外环轴的控制角速度为其中，旋转平台的控制周期与导航解算周期相同；

步骤4，根据预测下一控制周期内载体相对导航坐标系n的运动角速度

其中，为第k个控制时刻导航坐标系n到IMU坐标系p的姿态转换矩阵，由导航计算机根据陀螺仪和加速度计的输出计算获得；为第k个控制时刻旋转平台相对载体坐标系b的旋转角速度；为第k个控制时刻陀螺仪的输出；