[发明专利]一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法

说明书

本发明涉及一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、定义坐标系；步骤2、将p系到n系的姿态矩阵分解，并逐级求解；步骤3、设计精对准卡尔曼滤波器；步骤4、设定滤波观测量Z；步骤5、利用步骤3设计的精对准卡尔曼滤波器和步骤4设定的观测量精完成精对准。本发明通过巧妙地构造惯性系速度观测信息进行开环卡尔曼滤波，直接在惯性凝固坐标系中进行精对准，实测结果表明可以在复杂环境中实现光纤陀螺罗经快速对准。

技术领域

本发明属于光纤陀螺罗经初始对准中精对准技术领域，涉及光纤陀螺罗经精对准方法，尤其是一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法。

背景技术

光纤陀螺罗经是随着光纤陀螺技术成熟出现的一种新型罗经，可以为船舶操纵及稳定控制提供艏向、水平姿态及旋转角速率等信息，以其启动快、免维护、可靠性高、全寿命使用成本低等优点逐步受到市场的认可，将取代电罗经。目前，精确快速的初始对准技术为光纤陀螺罗经关键技术之一，直接影响系统精度。

初始对准一般分为粗对准及精对准两阶段，粗对准目的是短时间内获得粗略的姿态信息，精对准阶段再对粗对准得到的信息进行修正。传统初始对准方法的原理大都可以归结为使用地球自转矢量和重量矢量在导航坐标系的测量值进行双矢量定姿。当前对陀螺罗经初始对准时间的要求越来越短，但由于外界环境复杂以及惯性元件噪声等原因，尤其在船舶晃动时，干扰角速度可能比地球自转角速度高好几个数量级，要达到高精度对准要求，需要的时间较长。

经研究发现，通过观测重力矢量在惯性系中由于地球自转而随时间变化的特点可以确定地理北向。目前已有较多学者基于该思路设计了粗对准算法，有效提升了粗对准的精度及抗干扰程度，但由于传统对准算法仅将观测重力矢量在惯性系内旋转的思路应用于粗对准算法，虽有效地提升了粗对准的精度及抗干扰程度，但精对准仍沿用传统方法在在当地地理坐标系修正粗对准误差角，对准速度及抗干扰程度仍不理想，亟需一种新的光纤陀螺罗经快速精对准方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计合理、对准速度快且抗干扰程度强的

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于重力信息的光纤陀螺罗经快速精对准方法，包括以下步骤：

步骤1、定义坐标系：n系为导航坐标系，采用当地地理坐标系ENU；e系为地球坐标系；在初始对准起始时刻，将e系在惯性空间内凝固成为i₀，i₀′为计算惯性凝固坐标系；p系为载体坐标系；i_p0系为载体惯性凝固坐标系；在初始对准起始时刻，将p系在惯性空间凝固成为i_p0；

步骤2、将p系到n系的姿态矩阵分解，并逐级求解；

式中，为i₀系到n系的姿态矩阵；为i₀'系到i₀系的姿态矩阵；为i_p0系到i₀'系的姿态矩阵；为p系到i_p0系的姿态矩阵；

步骤3、设计精对准卡尔曼滤波器；

步骤4、设定滤波观测量Z；

其中，

式中，由加速度计和陀螺输出解算求得；由重力信息计算；g为重力；ω_ie为地球自转角速度；

步骤5、利用步骤3设计的精对准卡尔曼滤波器和步骤4设定的观测量精完成精对准。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)计算并在精对准过程保持更新；