[发明专利]混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统及其惯性解算方法

说明书

本发明涉及一种混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统及其惯性解算方法，包括：惯性测量单元、惯性数据采集与处理单元和导航解算单元；所述惯性测量单元与惯性数据采集与处理单元相连接，用于测量惯性数据并输出与之对应的数字或模拟信号；所述惯性数据采集与处理单元与导航解算单元相连接，用于完成惯性测量单元产生的数字或模拟信号的采集、转换和滤波处理；所述导航解算单元用于在数据采集和处理单元所输出数据的基础上，计算得到当前时刻的速度、位置和姿态。本发明能够将激光陀螺惯导系统精度高性能稳定的优点和光纤陀螺惯导系统低延时的优点综合到一起。

技术领域

本发明属于混合式光学陀螺惯导系统技术领域，尤其是一种混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统及其惯性解算方法。

背景技术

二频机抖激光陀螺具有精度高、性能稳定、可靠性高的优点。二频机抖激光陀螺通过抖轮对谐振腔施加高频正弦机械抖动，使二频机抖激光陀螺大部分时间工作在非锁区状态下。但其输出的数字信号中包含有机抖信号，要得到载体角运动信号，需要对输出进行低通滤波。低通滤波器通常会引起延时，这使得二频机抖激光陀螺惯导系统的输出不是实时的。光纤陀螺没有死区效应，其输出不需要进行滤波即可进行导航解算，从而光纤陀螺惯导系统的延时很小，由解算频率和采样频率决定。

目前成熟的高精度(百秒方差0.002°/h以内)的光学陀螺多为二频机抖激光陀螺仪。但由于其具有死区效应，需要机械抖动使得陀螺在大部分时间工作在非死去状态下。二频机抖激光陀螺的输出中包含有机抖信号，从而在使用其信号之前需要首先进行去抖滤波。为使得对不同频率信号的延时相同，保证载体角速度测量的真实性，去抖滤波器核心一般为FIR滤波器。FIR滤波器具有线性相位的优点，但是其引起的延时较长。以4khz采样，101阶FIR滤波器进行去抖滤波为例，其延时为12.5ms。

光纤陀螺由于不需要机械抖动来脱离死区，从而也不需要机抖滤波。光纤陀螺捷联惯导系统延时只由其采样和解算频率决定。由于导航计算机技术的发展，采样和解算频率均可以达到1Khz以上，即使用光纤陀螺构成捷联惯性导航系统，其延时可以做到1ms以内。光纤陀螺的缺点在于其温度性能较差。

因此，如何将激光陀螺惯导系统精度高性能稳定的优点，和光纤陀螺惯导系统低延时的优点综合到一起是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统及其惯性解算方法，能够将激光陀螺惯导系统精度高性能稳定的优点和光纤陀螺惯导系统低延时的优点综合到一起。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统，包括：惯性测量单元、惯性数据采集与处理单元和导航解算单元；所述惯性测量单元与惯性数据采集与处理单元相连接，用于测量惯性数据并输出与之对应的数字或模拟信号；所述惯性数据采集与处理单元与导航解算单元相连接，用于完成惯性测量单元产生的数字或模拟信号的采集、转换和滤波处理；所述导航解算单元用于在数据采集和处理单元所输出数据的基础上，计算得到当前时刻的速度、位置和姿态。

一种混合式光学陀螺高精度低延时惯导系统的惯性解算方法，包括以下步骤：

步骤1、构建捷联惯导系统，测量惯性数据并输出与之对应的数字或模拟信号；

步骤2、完成惯性测量单元产生的数字或模拟信号的采集、转换和滤波处理；

步骤3、在数据采集和处理单元所输出数据的基础上，计算得到当前时刻的速度、位置和姿态。