[发明专利]一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法

摘要

本发明公开了一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车辆定位定向方法，选用高低精度搭配的光纤陀螺和石英加速度计作为单轴水平旋转惯导系统的惯性敏感器件；通过水平旋转调制技术，对车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏进行调制，抑制了车体横向和法向的器件误差对惯导系统的影响，提高了惯导系统的对准、定位及航向精度；同时，建立了单轴水平旋转惯导与里程计组合系统导航模型，将单轴水平旋转惯导与里程计组合，抑制了导航误差随时间发散，从而提高车辆定位定向精度。该方法能够满足特种作战车辆对自主导航设备高精度、低成本的实际需求，对外界环境不断变化下的车辆定位定向研究具有重要意义。

主权项

一种基于单轴水平旋转惯导与里程计组合的高精度车载定位定向方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)、采用水平旋转调制技术，旋转轴与车体纵向重合，可对车体横向和法向的光纤陀螺漂移和石英加速度计零偏进行调制，该技术抑制了车体横向和法向的光纤陀螺漂移和加速度计零偏对惯导系统的影响，提高了惯导系统的对准、定位及航向精度；步骤(2)、选用高低精度搭配的光纤陀螺和石英加速度计作为单轴水平旋转惯导系统的惯性敏感器件，降低了系统成本；步骤(3)、建立了单轴水平旋转惯导与里程计的组合系统导航模型，将单轴水平旋转惯导与里程计进行组合，单轴水平旋转惯导系统输出的速度信息与里程计输出的速度信息之差作为量测量输入组合滤波器，组合滤波器采用状态方程(1)和量测方程(2)进行滤波解算；X·(t)=FX(t)+GW(t)---(1)]]>Z(t)＝HX(t)+V(t)                          (2)式(1)中，X(t)为16维系统状态向量；其中，表示东、北、天向姿态误差；δvE、δvN、δvU表示东、北、天向速度误差；δL、δλ、δh表示纬度、经度、高度误差；εx、εy、εz表示敏感系下x、y、z光纤陀螺漂移；表示敏感系下x、y、z加速度计零偏；δKD表示里程计刻度系数误差；F为状态转移矩阵，可通过里程计速度误差方程(4)和光纤单轴惯导误差方程(5)获得；G为噪声转移矩阵；W(t)为系统噪声；Z(t)为量测量；V(t)为量测噪声；H为量测转换阵如(9)所示；其中，为里程计速度误差；为载体系下里程计输出速度；δKD为里程计刻度系数误差，×为姿态误差反对称阵；为载体系到导航系的姿态转换矩阵；其中，δvn表示导航系速度误差，vE、vN、vU分别表示东向、北向和天向速度，δvE、δvN、δvU表示东、北、天向速度误差；表示姿态误差，δL、δλ、δh表示纬度、经度、高度误差，λ、L、h分别表示当前时刻的经度、纬度和高度；为地球自转角速度，为地球自转角速度误差，为导航系相对于地球坐标系的角速度，为导航系相对于地球坐标系的角速度误差；εs为敏感系下陀螺漂移，为敏感系下加速度计零偏；RM、RN分别表示子午圈曲率半径和卯酉圈曲率半径；fn表示导航坐标系下的比力，为敏感系相对导航系的转换矩阵，转化方法如下所示：Csn=Cbn·Csb---(6)]]>Cbn=cosγcosψ+sinγsinψsinθsinψcosθsinγcosψ-cosγsinψsinθ-cosγsinψ+sinγcosψsinθcosψcosθ-sinγsinψ-cosγcosψsinθ-sinγcosθsinθcosγcosθ---(8)]]>其中，为敏感系相对载体系的转换矩阵；表示旋转调制过程中，敏感系相对载体系转过的角度；ψ，θ，γ分别为俯仰、横滚、航向角；H=0vDU-vDN100-vDE-vDU0vDE01003×9-vDNvDN-vDE0001-vDU---(9)]]>其中，vDE、vDN、vDU表示里程计输出的东、北、天向速度；经组合滤波解算，组合滤波器得出速度、位置、姿态的修正量并对单轴水平旋转惯导系统1输出的速度、位置、姿态信息进行修正，得到最终导航结果。