[发明专利]一种双轴旋转惯导系统载体角运动隔离调制方法

说明书

本发明涉及一种双轴旋转惯导系统载体角运动隔离调制方法。利用惯性测量单元敏感数据、载体姿态以及双轴旋转角度三者之间的数学关系，将惯性测量单元敏感角速率投影至双旋转轴，计算转轴在惯性空间中转过的角度，并结合设定的双轴旋转方案控制转轴跟踪期望角度，实现隔离载体角运动的旋转调制。由于旋转方案中的期望角度是基于惯性空间规律变化的，因此可有效隔离载体角运动，同时基于角度的控制可解决角速率控制存在的控制难度大、累积控制误差、转轴角速率测量延迟等问题。该发明可有效减小载体角运动对旋转调制的影响，优化旋转调制效果，显著提高系统导航精度。本发明属于惯性导航技术领域，可应用于旋转调制式惯导误差补偿。

技术领域

本发明涉及一种双轴旋转惯导系统载体角运动隔离调制方法，适用于旋转调制式惯导系统误差补偿的场合。

技术背景

惯性导航系统的导航精度主要依赖于惯性器件的精度，惯性器件误差随时间积累将严重影响导航的精度。惯导系统导航精度的提高可以通过提高惯性器件精度或者提高惯性器件误差标定精度来实现，而旋转调制技术的出现为惯导系统导航精度的提高提供了一条新的路径。旋转调制技术通过将惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)绕单轴或多轴有规律的旋转，将惯性器件误差调制成周期变化的信号，以减弱其对导航精度的影响。旋转调制技术可在不提高惯性器件本身精度的基础上提高导航精度，增强惯导系统长航时高精度导航能力。

传统的旋转调制技术研究均基于载体系或者在载体静止的情况下进行，然而，在实际应用中载体往往是无规律运动的，这种无规律的载体角运动叠加至旋转调制运动中，将破坏原本的规律运动，最终影响调制效果。目前公开的文献中，考虑载体角运动情况的旋转调制技术研究较少，对双轴旋转惯导的载体角运动隔离研究更为稀少。于浩等(标题：双轴旋转调制光纤惯导系统运动隔离控制实现，期刊：导航定位与授时，作者：于浩、吴国强、高峰等，时间：2016年3卷4期9-12页)对双轴旋转惯导系统的运动隔离控制实现进行了相关研究，然而其主要研究了旋转机构控制实现方面，对载体角运动隔离原理及方法并未详细描述。邓志红等人发明了一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法(中国专利：105588562，时间：2016-05-18)，该方法通过角速率控制实现双轴旋转惯导系统的载体角运动隔离，但其并未验证，同时角速率控制方法存在控制难度大、累积控制误差、转轴角速率测量延迟等问题。

目前并无有效的经过验证的方法解决双轴旋转惯导系统中载体角运动引起的旋转调制效果降低的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对传统双轴旋转惯导系统基于载体系的旋转调制在载体发生角运动的情况下，调制效果降低的问题，提出了一种双轴旋转惯导系统载体角运动隔离调制方法。本发明方法通过对部分载体角运动进行隔离可改善载体角运动中的旋转调制效果；基于角度的控制可进一步提高旋转调制控制精度，避免控制误差累计。该发明有效克服了载体角运动对旋转调制效果的影响，在传统双轴旋转惯导系统上进行算法更新即可应用，无需更改硬件，具备较强的实用性。

本发明的技术解决方案：

利用IMU敏感数据、载体姿态以及双轴旋转角度三者之间的数学关系，将IMU敏感的角速率投影至双旋转轴，计算转轴在惯性空间中转过的角度，并结合设定的双轴旋转方案控制转轴进行基于惯性空间的有规律旋转，实现隔离载体角运动的旋转调制。具体步骤如下：

(1)解析IMU敏感数据、载体姿态以及双轴旋转角度三者之间的数学关系，计算IMU敏感角速率在旋转轴上的投影：

其中，为IMU敏感角速率在内框轴上的投影，为IMU敏感角速率在外框轴上的投影，为IMU x轴敏感角速率，为IMU y轴敏感角速率，为IMU z轴敏感角速率；

(2)设计基于惯性空间的八次序转位方案如下：

(a)IMU绕外框轴在惯性空间内逆时针旋转180度；