[发明专利]高精度载体动态姿态测量方法及系统

说明书

本发明提供一种高精度载体动态姿态测量方法及系统，包括两个微机电惯性测量单元，其中一个采用双位置往复转位方式，另一个采用与载体相固连的方式。引入两微机电惯性测量单元间的相对姿态、位置、速度等量为新的观测量，有效地估计出两个微机电惯性测量单元的陀螺、加速度计零偏，进而可以更好地对两套系统进行补偿。将与载体相固连的微机电惯性测量单元为姿态输出惯导，成功地消除了由于第一微机电惯性测量单元的往复旋转所导致的姿态解算结果出现尖峰跳跃的现象，提升了整体系统的精度。本发明使用过程中不需要精确的位置信息引入，因此不需要引入卫星信号，使得系统具有更好的抗干扰性、稳定性及隐蔽性。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体地，涉及一种高精度载体动态姿态测量方法及系统。

背景技术

惯性导航是一种仅需要依靠惯性器件信息而不需要引入外界信息也不会向外界辐射信息的一种纯自主导航方式，由于其不需要外界信息也不会向外界辐射信号故其具有良好的抗干扰性、可靠性以及隐蔽性，正因如此，惯性导航技术成为了导航技术领域的一个重要组成部分，也在实际导航任务中得到了广泛的应用。

随着惯性导航技术的发展，惯性导航系统愈发的朝小型化、高精度化的方向发展，微机电惯性测量单元以其体积小、功耗低、价格低廉的突出优势，逐渐进入人们的视野，进而在如今的惯性导航领域里得到广泛的应用。姿态测量是捷联惯性系统一个很重要的应用领域，其基本原理是利用陀螺仪敏感载体的角运动信息，通过解算、滤波得到运载体的航向、横滚、俯仰等姿态信息，进而对运载体的姿态进行测量、控制。

目前舰船上搭载的各种子系统所应用的姿态信息均是由舰船上的主惯导系统传递而来，由于在海上舰船的甲板会发生变形，主惯导与子系统间数据传输时间延迟等因素导致子系统所得到的姿态信息不准确。为了解决这一问题，应给每一子系统都装配相应的高精度测姿系统，但目前高精度动态姿态测量系统大部分选用高精度系统（如光纤陀螺、激光陀螺等），价格高昂且体积较大，不利于舰船上大量装备，因此导致船上的武器子系统无法拥有自己的高精度测姿系统，使得各子系统姿态值不准确。

目前现有的一些方法，也存在各自的弊端，如采用静止的微机电惯性测量单元，其精度较低不能满足应用要求。如引入卫星信号通过组合导航的方式进行姿态测量的方案，极易受到外界的干扰，可靠性下降。如单个单轴旋转惯性测量单元系统在应用过程中，系统的往复旋转过程将导致姿态解算结果出现尖峰跳跃，使得姿态解算结果精度降低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高精度载体动态姿态测量方法及系统。本发明通过采用微机电惯性测量单元以降低测姿系统的体积、功耗以及成本，通过双微机电惯性测量单元协同转位的方式提高测姿系统的精度，进而为船上的各子系统提供实时、稳定、精确的姿态信息。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

高精度载体动态姿态测量方法，包括以下步骤：

(1)在载体上设置第一微机电惯性测量单元和第二微机电惯性测量单元，其中第一微机电惯性测量单元通过转台安装在载体上且能够在转台的带动下周期性往复旋转，第二微机电惯性测量单元直接固定连接在载体上；

(2) 对第一微机电惯性测量单元和第二微机电惯性测量单元分别进行标定；

(3)对标定后的第一微机电惯性测量单元和第二微机电惯性测量单元分别进行粗对准，粗对准时第一微机电惯性测量单元和第二微机电惯性测量单元输出的数据作为首次惯导解算得到的导航参数；

(4)根据前一次惯导解算得到的导航参数进行当前时刻的惯导解算，若当前时刻第一微机电惯性测量单元处于旋转状态，则对第二微机电惯性测量单元应用状态变换卡尔曼滤波算法进行滤波估计，得到当前时刻载体姿态值，而第一微机电惯性测量单元只对其进行预测而不进行滤波；若当前时刻第一微机电惯性测量单元处于静止状态，则对第一微机电惯性测量单元和第二微机电惯性测量单元同时应用状态变换卡尔曼滤波算法进行滤波估计，得到当前时刻载体姿态值；