专利名称：一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法
技术领域：
本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法。
背景技术：
捷联惯性导航系统(SINS)是一种完全自主的导航系统，它利用陀螺测量的载体角速度信息和加速度计测量的比力信息，在初始信息的基础上进行积分运算，可以连续、实时地提供位置、速度和姿态信息，具有隐蔽性好、不受气候条件限制、不受干扰等优点，已广泛应用于航空、航天、航海等领域。初始对准的目的是为了获得载体坐标系相对于导航坐标系的坐标变换矩阵即姿态矩阵的初始值，对准精度将直接影响着惯导系统的导航精度。初始对准可以分为自主式和受控式两种，通常的自主式对准又可以分为单位置和双位置对准方法。单位置初始对准方法利用陀螺和加速度计输出的信息即可计算出载体的初始姿态，但是由于陀螺和加速度计存在漂移，导致对准精度不高；双位置初始对准利用互成90度或180度的两个位置抵消陀螺常值漂移和加速度计零偏，能够取得比单位置更高的精度；四位置初始对准利用互相正交的四位置的陀螺和加速度计输出信息，对两组互成 180度的两个位置分别计算的初始姿态角进行平均，能够获得更高的对准精度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，本发明能够提高SINS的初始对准精度。本发明的技术解决方案为一种捷联惯性导航系统(SINS)初始对准方法。其特征在于将惯性测量单元(IMU)从初始位置依次转过三个位置，且这四个位置相互正交，利用四个位置的陀螺和加速度计数据确定初始航向角、俯仰角和横滚角，由初始姿态角信息确定初始姿态矩阵，完成初始对准，进行后续导航。具体步骤如下
(1)保持SINS在初始对准位置即第一位置(Pl)静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；
(2)利用转位机构实现IMU绕机体系的Cfei轴相对于第一位置(Pl)逆时针转动卯。， 即到达第二位置(P2)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；
(3)利用转位机构实现IMU绕机体系的( 轴相对于第二位置(P2)逆时针转动90。，即到达第三位置(P3)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；
(4)利用转位机构实现IMU绕机体系的轴相对于第三位置(P3)逆时针转动MT,即到达第四位置(P4)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；
(5)利用采集到的四位置陀螺和加速度计数据计算SINS的初始俯仰角6、横滚角7和航向角p，由姿态角信息确定初始姿态矩阵完成初始对准，进行后续导航。
本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比，利用互相正交的四位置的陀螺和加速度计输出信息，抵消陀螺常值漂移和加速度计零偏，对两组互成180度的两个位置分别计算的初始姿态角进行平均，能够获得更高的对准精度。
图1是本发明的四位置初始对准流程图。图2是航向角示意图，表示从导航坐标系^^凡^绕、轴逆时针旋转f与机体坐标系 场重合，屮即为航向角。图3是俯仰角示意图，表示从导航坐标系Ows绕xx轴逆时针旋转“与机体坐标系0%^ 重合，e即为俯仰角。图4是横滚角示意图，表示从导航坐标系0、八、绕凡轴逆时针旋转^与机体坐标系重合ι即为横滚角。
具体实施例方式本发明的原理是
选取东-北-天地理坐标系0Wt作为参考系，机体系0 . 为右-前-上，地理系到机体系的转换矩阵ci可用如下矩阵表示
权利要求
1.一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，其特征在于，包含以下步骤(1)对准开始，保持SINS在初始对准位置即第一位置(Pl)静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；(2)利用转位机构实现IMU绕机体系的O、轴相对于第一位置(Pl)逆时针转动90。， 即到达第二位置(P2)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；(3)利用转位机构实现IMU绕机体系的&s轴相对于第二位置(P2)逆时针转动90。，即到达第三位置(P3)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；(4)利用转位机构实现IMU绕机体系的0 轴相对于第三位置(P3)逆时针转动卯。，即到达第四位置(P4)，保持SINS在该位置静止不动，采集广2分钟陀螺和加速度计数据；(5)利用采集到的四位置陀螺和加速度计数据计算SINS的初始俯仰角θ、横滚角ι和航向角$ ；(6)由姿态角信息确定初始姿态矩阵完成初始对准，进行后续导航。
2.根据权利要求1所述的一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，其特征在于所述的步骤(5)中，SINS初始俯仰角、横滚角和航向角的计算公式为(1)初始俯仰角4的真值为其中4是由机体系JT轴加速度计在第二和第四位置采集数据计算得到的初始俯仰角的真值；药是由机体系F轴加速度计在第一和第三位置采集数据计算得到的初始俯仰角的真值；~表示第,位置的机体系Jf轴加速度计输出， 表示第位置的机体系y轴加速度计输出(？ = 1,2,3,4) ； Kax表示机体系χ轴加速度计的标度因数，^表示机体系:τ轴加速度计的标度因数；S为重力加速度的大�。� (2)初始横滚角7的真值为
3.根据权利要求1所述的一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，其特征在于所述的步骤(6)中，根据计算的姿态角信息，由下式确定初始姿态矩阵Cf
全文摘要
本发明公开了一种捷联惯性导航系统的高精度初始对准方法，将惯性测量单元从初始位置逆时针依次转过三个位置，且保证这四个位置相互正交，利用四个位置陀螺和加速度计数据确定初始姿态角，由姿态角确定初始姿态矩阵，完成初始对准。通过该方法确定的初始姿态矩阵能有效提高后续的导航精度。
文档编号G01C21/18GK102435193SQ201110402788
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者刘承, 周一览, 戴昊, 杨建华, 舒晓武 申请人:浙江大学
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