[发明专利]一种双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角标定方法

权利要求书

1.一种双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、建立双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角误差模型，得到外环轴旋转环架坐标系与内环轴旋转环架坐标系的转移矩阵以及内环轴旋转环架坐标系与实际IMU坐标系的转移矩阵

步骤2、当双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角存在时，利用和求解双轴旋转前IMU坐标系到导航坐标系的变换矩阵以及双轴旋转后IMU坐标系到导航坐标系的变换矩阵从而建立双轴旋转前后的IMU姿态阵变换矩阵

步骤3、分别在仅内环轴旋转和仅外环轴旋转的情况下，利用求得双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角的标定量。

2.如权利要求1所述的一种双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角标定方法，其特征在于，步骤1具体过程为：

定义坐标系OX_h1Y_h1Z_h1是内环轴旋转环架坐标系，s′为理想IMU坐标系框架，s为实际IMU坐标系框架，坐标系OX_sY_sZ_s为实际IMU坐标系，坐标系OX_h2Y_h2Z_h2是外环轴旋转环架坐标系，θ_x、θ_y和θ_z分别为实际IMU坐标系和内环轴间存在的x、y和z方向的非正交角分量，η_x、η_y和η_z分别为内环轴和外环轴间存在的x、y和z方向的非正交角分量；

坐标系OX_h2Y_h2Z_h2和坐标系OX_h1Y_h1Z_h1之间的转移矩阵为：

坐标系OX_h1Y_h1Z_h1和坐标系OX_sY_sZ_s之间的转移矩阵为：

3.如权利要求1所述的一种双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角标定方法，其特征在于，步骤2具体过程为：

当双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角存在时，双轴旋转前IMU坐标系到导航坐标系的变换矩阵表示为：

其中，和分别表示和的逆矩阵，表示初始时刻内环轴所处在α₀角度时状态矩阵，表示初始时刻外环轴所处在β₀角度时状态矩阵，α₀和β₀分别表示内、外环轴初始时刻相对于零位置的转动角度，载体姿态矩阵为常量；

双轴旋转后IMU坐标系到导航坐标系的变换矩阵表示为：

其中，表示旋转后内环轴所处在α角度时状态矩阵，表示初始时刻外环轴所处在β角度时状态矩阵；

建立双轴旋转前后的IMU姿态阵变换矩阵为：

其中，和分别表示和的逆矩阵；

对于式(6)中和的IMU姿态矩阵分别由环架旋转前、后IMU姿态解算求得，则由式(6)计算得

其中，C_ij表示两组姿态矩阵乘积第i行第j列的元素。

4.如权利要求3所述的一种双轴旋转惯性导航系统转轴非正交角标定方法，其特征在于，步骤3具体过程为：

步骤3.1、令β＝β₀＝α₀＝0，α≠0，利用公式(6)和公式(7)解得IMU坐标系与内环轴系间的非正交角分量θ_x和θ_y为：

式中，和分别表示内环轴旋转α角度前后时刻IMU姿态阵乘积矩阵中的第一行第三列、第三行第一列、第二行第三列和第三行第二列元素；

步骤3.2、令α＝β₀＝α₀＝0，β≠0，通过公式(6)、公式(7)以及非正交角分量θ_x、θ_y值，解得非正交角分量η_y和θ_z+η_z为：

式中，和分别表示外环轴旋转β角度前后时刻IMU姿态阵乘积矩阵中的第一行第二列、第二行第一列、第一行第三列和第三行第一列元素；

由此，得到了θ_x、θ_y、η_y和θ_z+η_z的非正交角分量。