[发明专利]一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法

说明书

本发明公开了一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法。针对构成的四陀螺冗余系统特别设计了8次序的对称双轴旋转调制方案，根据冗余配置和系统旋转方案计算等效在载体系上的陀螺仪测量值，将其带入系统进行导航解算，实时、连续地输出载体姿态、速度及位置导航参数。本发明不仅能够提高捷联惯导系统的可靠性，保证系统在单个陀螺仪发生故障时有效工作，而且还能够在不引入任何外部信息的条件下，消除由陀螺仪漂移产生的导航误差，更好地保证系统的精度性能。本发明实现了导航系统更为全面的性能提升，在很大程度上可以保证系统长时间的有效工作，具有很高的工程应用价值。

技术领域

本发明属于捷联惯导领域，尤其涉及一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法。

背景技术

捷联惯导系统通常采用三个互相正交安装的陀螺仪测量载体角运动，进而完成导航解算，如果任何一个陀螺仪发生故障，导航系统都将无法正常工作，系统可靠性无法满足工程的实际需求。另一方面，陀螺仪漂移作为系统的主要误差源将引起导航误差随时间积累，严重地降低系统的精度性能，致使长时间工作的导航系统失效。增加陀螺仪的数量构成冗余系统并实现陀螺仪之间的最优配置能够有效地提高系统的可靠性，同时，对捷联惯导系统采用双轴旋转调制技术，可以解决单轴旋转在转轴方向上的陀螺仪漂移无法被调制的问题，从而有效地抑制陀螺仪漂移引起的导航误差发散，提高系统工作精度。因此，基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法，可以同时提高系统可靠性和精度，满足长时间工作条件下对系统性能的高要求，具有重要的工程应用价值。

现有的捷联惯导系统性能提升方法，采用器件级或系统级技术，仅能单一地实现系统可靠性的增强或者导航精度的提高。程建华等人在《一种对称斜置式四陀螺惯导冗余配置方案》(发表于期刊《传感器与微系统》，2015年，02期)一文中，采用一种对称斜置式四陀螺的冗余配置方案，实现了陀螺仪数量为四，即最小陀螺仪余度情况下，系统可靠性的大幅提升。但是该方法不能抑制陀螺漂移对导航精度带来的不良影响，仅对提升系统可靠性有效。王子磊等人在《激光陀螺双轴旋转惯导系统转位方案设计》(发表于期刊《舰船科学技术》，2013年，12期)一文中，运用双轴旋转调制技术，使惯性器件误差在旋转周期内的均值接近于零，从而减小系统误差积累，在不使用任何外界辅助信息的情况下有效提高系统的精度性能。然而，该方法无法解决惯性器件故障导致的系统失效问题，仅能在系统正常工作的前提下提高系统精度。综上所述，现有的捷联惯导性能提升方法不能同时兼顾可靠性和精度，限制了系统的实际工作条件和工作效果。

发明内容

本发明的目的是一种同时有效地提高系统可靠性和精度的，基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法。

一种基于冗余配置的捷联惯导系统双轴旋转调制方法，包括以下步骤，

步骤一：增加捷联惯导系统陀螺仪数量至4，对四个陀螺仪的安装结构采用对称斜置式冗余配置方案，构成四陀螺冗余式捷联惯导系统；

步骤二：安装四陀螺冗余式捷联惯导系统至载体，使系统初始工作时刻的坐标系oxyz与载体系重合，其中x轴、y轴和z轴分别对应于载体系中的右、前、上坐标轴；

步骤三：利用旋转机构，对步骤一中的四陀螺冗余式捷联惯导系统采用8次序对称双轴旋转方案，构成四陀螺冗余式双轴旋转惯导系统；

8次序对称双轴旋转方案为：

转动次序1，IMU框架绕x轴正转180°；转动次序2，绕z轴正转180°；转动次序3，绕x轴反转180°；转动次序4，绕z轴反转180°回到初始位置，次序5-8按照次序1-4相反的方向转动IMU框架；

捷联惯导系统绕坐标轴做连续旋转，各次序旋转时间均为75秒，IMU框架完成8次序对称旋转的周期为10分钟；

步骤四：将四陀螺冗余式双轴旋转惯导系统中的四个陀螺仪的测量值分别投影到坐标系oxyz上，并进一步计算在双轴旋转条件下载体系上陀螺仪的等效测量值；