[发明专利]一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法

说明书

本发明公开了一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法，选用高低精度搭配的光纤陀螺和石英加速度计作为单轴水平旋转惯导系统的惯性敏感器件；通过水平旋转调制技术，对车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏进行调制，抑制了车体横向和法向的器件误差对惯导系统的影响，提高了惯导系统的对准、定位及航向精度；同时，建立了单轴水平旋转惯导与里程计组合系统导航模型，将单轴水平旋转惯导与里程计组合，抑制了导航误差随时间发散，从而提高车辆定位定向精度。该方法能够满足特种作战车辆对自主导航设备高精度、低成本的实际需求，对外界环境不断变化下的车辆定位定向研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及车辆定位定向的技术领域，具体涉及一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法。

背景技术

地面车的高精度定位定向信息对于完成特定任务来说具有十分重要的意义。不仅要求能够在宽阔的平原地带进行定位及导航，当处于深山或隧道等受限环境时也要能够进行准确的自身定位。而常用的卫星导航系统，在深山或隧道等受限环境可能无法使用，因此需要研究具备自主性和一定的抗干扰能力的车辆定位定向系统；此外，为保证车辆定位定向系统的大规模推广应用，便于系统的维护管理，车辆定位定向系统还应降低成本。因此，需要研究高精度、低成本、自主的车辆定位定向系统。

光纤陀螺是现代惯性导航技术的一个核心部件，它具有结构简单、无运动部件、启动快、功耗低、耐冲击、精度覆盖面广、动态范围大等优点，因而在近、中程导弹、舰艇、反潜武器以及卫星和宇宙飞船等航空、航天、航海和兵器领域中得到广泛应用。

单轴旋转惯导系统是一种完全自主的导航系统，它选用光纤陀螺、石英加速度计作为主要惯性敏感元件，采用旋转调制/稳定技术，可提高初始对准的精度，有效抑制惯性器件误差，具有全自主、全天候，输出参数全面，体积小、重量轻、可靠性高、经济性好，抗干扰能力强等优点，因而在航海舰船及陆地军用车辆等领域中得到广泛应用。

里程计是一种用于地面车辆导航系统中的传感器，主要由传动轴和光电编码器组成。光电旋转编码器可将传动轴上的机械几何位移量通过光电转换转化成脉冲量，信号处理电路根据脉冲频率、数量及相位变化能够精确测量地面车辆的速度、里程变化量。里程计具有分辨率高，响应快，成本低，测量误差不随时间积累，自主性和抗干扰能力强等优点，是航位推算系统的重要信息源，对地面车辆的精确定位、自主导航以及降低组合导航成本具有重要的意义。

本发明中的重点是利用水平旋转调制技术对沿车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏进行调制，降低了这两个方向的惯性器件误差对惯导系统导航精度(尤其是航向精度)的影响，同时将单轴水平旋转惯导系统与里程计进行组合，抑制了导航误差随时间发散，最终实现高精度车辆定位定向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为针对现有陆用特种作战车辆自主导航设备对系统精度、成本的实际使用需求，提出一种即能满足车辆高精度定位定向需求，又能降低系统成本的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法，包括如下步骤：

步骤(1)、采用水平旋转调制技术，旋转轴与车体纵向重合，可对车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏进行调制，该技术抑制了车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏对惯导系统的影响，提高了惯导系统的对准、定位及航向精度；

步骤(2)、选用高低精度搭配的光纤陀螺和石英加速度计作为单轴水平旋转惯导系统的惯性敏感器件，降低了系统成本；

步骤(3)、建立了单轴水平旋转惯导与里程计的组合系统导航模型，将单轴水平旋转惯导与里程计进行组合，抑制了导航误差随时间发散，从而提高车辆定位定向精度。

进一步的，步骤(1)中所述单轴水平旋转惯导系统，采用旋转轴与车体纵轴相重合的安装方式，实现对天向陀螺漂移的调制，保持长时间导航时的定向精度。