专利名称：基于方位效应误差补偿的寻北方法
技术领域：
本发明涉及载体的航向、姿态的测量与定位技术，尤其涉及在没有外部辅助信息的情况下，针对方位效应误差利用惯性传感器(光纤陀螺和加速度计)进行自主补偿和导航的寻北方法，属于导航、制导技术领域。
背景技术：
随着惯性导航技术的发展，陀螺寻北仪在军事和民用定向中得到了日渐广泛的应用。光纤陀螺是基于^gnac效应的无机械转动部件的新型全固态陀螺仪，具有耐冲击、灵敏度高、寿命长、功耗低、集成可靠等优点。光纤陀螺寻北仪利用光纤陀螺测得的地球自转角速度分量值和加速度计测得的载体倾斜角度，经过解算可确定载体方位角，即载体的参考轴向与正北方向的夹角。目前国内外的陀螺仪寻北方法主要有二位置法，四位置法、多位置法和连续转动法。二位置法和四位置法分别通过采样相隔180°的两位置和相隔90°的四位置上的传感器输出以相互抵消陀螺和加速度计的常值漂移，由于采样位置少，光纤陀螺随机漂移影响的概率较�。欢辔恢梅ㄍü�360°范围内进行多位置采样，然后采用最小二乘法进行方差拟合，从而求出方位角；连续转动法是指在寻北过程中，通过连续均勻转动转台，对陀螺信号进行周期调制以减小光纤陀螺低频随机漂移误差的影响，采样光纤陀螺和加速度计的输出信号并从中辨识出初始方位角。然而在实际寻北过程中，当初始方位角为某些特殊值时(如东西方向)，由于陀螺输出中的真值远小于输出噪声，使得陀螺输出进入不敏感区， 造成寻北精度下降。现有的技术为借助一只真北棱镜、两台经纬仪和一台机械分度转台对多位置捷联寻北系统方位效应进行曲线拟合标定，以消除方位效应引起的测量误差。可见， 现有技术所借助的专业仪器较多，花费时间较长，不能实现实时标定补偿，且标定后方位效应误差为一定值，不能随环境的变化而改变。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于方位效应误差补偿的寻北方法，该方法可实时在线对方位效应进行补偿。本发明采用如下技术方案一种基于方位效应误差补偿的寻北方法，先将光纤陀螺和加速度计安装于含有测角系统的转台，再将转台安装在载体上，步骤如下步骤1 以东北天坐标系为地理坐标系，以载体重心为载体坐标系原点O，以载体前方为1轴，以载体右方为X轴，以垂直向上为Z轴，定义方位角为载体坐标系1轴正向与正北方向的夹角H，顺时针为正；定义倾斜角分别为载体坐标系相对于地理坐标系的纵摇角θ和横摇角Y ；地理坐标系经转动H、θ和γ后与载体坐标系重合，步骤2 载体上的光纤陀螺的敏感轴与载体坐标系χ轴重合，载体上的加速度计的敏感轴与载体坐标系1轴重合，
步骤3. 1 以当前位置作为初始位置，步骤3. 2 将初始位置记为位置1，持续采集位置1的光纤陀螺和加速度计的输出， 持续采集时间为30s，并计算出位置1下的光纤陀螺的30s输出均值ω 和加速度计的30s 输出均值gyl ；将转台顺时针转动90°并记为位置2，持续采集位置2的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置2下的光纤陀螺的30s输出均值ω2和加速度计的30s输出均值gy2 ；继续将转台顺时针转动90°并记为位置3，持续采集位置3的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置3下的光纤陀螺的30s输出均值ω 3和加速度计的30s输出均值gy3 ；再将转台顺时针转动90°并记为位置4，持续采集位置4的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置4下的光纤陀螺的30s输出均值ω 4和加速度计的30s输出均值&4，
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步骤3. 3 计算当前的纵摇角θ、横摇角γ和方位角H， θ = arcsin —(1)
权利要求
1.一种基于方位效应误差补偿的寻北方法，先将光纤陀螺(1)和加速度计( 安装于含有测角系统的转台，再将转台安装在载体上，其特征在于，步骤如下步骤1 以东北天坐标系为地理坐标系，以载体重心为载体坐标系原点O，以载体前方为y轴，以载体右方为X轴，以垂直向上为Z轴，定义方位角为载体坐标系ι轴正向与正北方向的夹角H，顺时针为正；定义倾斜角分别为载体坐标系相对于地理坐标系的纵摇角Θ 和横摇角Y ；地理坐标系经转动H、θ和γ后与载体坐标系重合，步骤2 载体上的光纤陀螺的敏感轴与载体坐标系χ轴重合，载体上的加速度计的敏感轴与载体坐标系y轴重合，步骤3. 1 以当前位置作为初始位置，步骤3. 2 将初始位置记为位置1，持续采集位置1的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置1下的光纤陀螺的30s输出均值ω 和加速度计的30s输出均值gyl ；将转台顺时针转动90°并记为位置2，持续采集位置2的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置2下的光纤陀螺的30s输出均值ω2和加速度计的30s输出均值gy2 ；继续将转台顺时针转动90°并记为位置3，持续采集位置3的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置3下的光纤陀螺的30s输出均值 ω 3和加速度计的30s输出均值gy3 ；再将转台顺时针转动90°并记为位置4，持续采集位置 4的光纤陀螺和加速度计的输出，持续采集时间为30s，并计算出位置4下的光纤陀螺的30s 输出均值ω 4和加速度计的30s输出均值&4，步骤3. 3 计算当前的纵摇角θ、横摇角γ和方位角H，
2.根据权利1所述的基于方位效应误差补偿的寻北方法，其特征在于所述的陀螺为光纤陀螺，所述的加速度计为石英加速度计或硅微加速度计。
3.根据权利1所述的基于方位效应误差补偿的寻北方法，其特征在于所述的转台为含有测角系统的可精确转至指定任一位置的单轴机械转台。
全文摘要
一种基于方位效应误差补偿的寻北方法，先将光纤陀螺和加速度计安装于含有测角系统的转台，再将转台安装在载体上，步骤如下步骤1定义地理坐标系、载体坐标、方位角H和倾斜角θ、γ，步骤2安装光纤陀螺和加速度计于载体上，步骤3将当前位置记为位置1，并依次将转台顺时针转动90°，记为位置2、3、4，采集这四个位置下的光纤陀螺和加速度计的30s输出值并计算均值，进而计算出当前的纵摇角θ、横摇角γ和粗方位角H1，步骤4若|H1|≤1°或|H1-180°|≤1°，则实际方位角即为H1；否则，控制转台顺时针转动(90°-H1)，重复步骤3，计算出当前的精方位角H2，再以(H1+H2)作为寻北的实际方位角。
文档编号G01C21/20GK102207386SQ201110053500
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者张馨, 王宇, 程向红 申请人:东南大学
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