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专利名称：一种单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测量方法。特别涉及一种基于单轴旋转式光纤陀螺捷联惯导 系统初始航向确定方法。
背景技术：
旋转式捷联惯导系统是一种完成自主式、全天候的导航系统，利用陀螺仪和加速 度计测量惯性单元(IMU)相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定初始条件下，结合 转动机构提供的IMU相对载体的角度值，由计算机进行积分运算，连续、实时地提供位置、 速度和姿态信息。它具有隐蔽性好，不受气候条件限制等优点，已广泛应用于航空、航天和 航海领域。初始对准误差，尤其是初始航向误差，是导致捷联惯导系统导航精度难以提高的 主要因数，初始航向误差对系统的影响不仅表现在载体姿态测量输出上，而且表现在速度 和位置的测量上。因此在旋转式捷联惯导系统进入导航状态之前，必须首先确定载体的初 始航向。对于船用捷联惯性导航系统，初始姿态的测量精度直接影响到系统的导航精度。 以往利用卡尔曼滤波进行固定位置初始对准时，由于东向陀螺常值漂移的不可观测，使得 方位失准角存在一定的估计偏差，进而制约了初始航向的测量精度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能消除东向陀螺常值漂移对方位失准角估计精度的 影响，提高初始航向的测量精度的单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法本发明的目的是这样实现的步骤1、对捷联惯性导航系统进行预热准备；步骤2、通过全球定位系统GPS确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算 机中；步骤3、在舰船初始位置、记为位置1，采集光纤陀螺和加速度计组件的输出，进行 粗对准，初步确定该位置下载体的三个姿态俯仰角θ ^、倾斜角Y。和航向角％，并记录一 分钟内该位置X、Y方向陀螺的输出均值 χ1、 γ1 ；步骤4、在位置1的基础上，控制单轴转台绕方位旋转轴转动180度到另一位置，记 为位置2，在位置2上采集并记录一分钟内X、Y方向陀螺的输出均值 χ2、0)y2 ；步骤5、根据位置1记录的Χ、Υ方向陀螺输出均值 χ1、Ayl以及位置2记录的Χ、Υ 方向陀螺输出均值 χ2、 ρ，计算出X、Y方向上的陀螺常值漂移εχ、￡y;步骤6、结合步骤3粗对准阶段确定的初始姿态角Θ r Y ^和叽，以及步骤5获得的 Χ、Υ方向上陀螺常值漂移εχ、ε y，计算出捷联惯导系统方位精对准位置，记为位置3;步骤7、在位置1的基础上，控制单轴转台绕方位轴转动角度β到位置3，采集光 纤陀螺和加速度计组件输出，以速度误差为观测量，建立卡尔曼滤波器状态方程和量测方程，利用卡尔曼滤波估计并补偿方位失准角，完成方位精对准。本发明的创新之处在于步骤5和步骤6，下面就步骤5和步骤6做更为详细的说明。1、计算出X、Y方向上的陀螺常值漂移ε χ、ε y的具体方法为1)、在位置1采集并记录X、Y方向陀螺的输出均值 χ1、 γ1，它们与Χ、Υ方向的陀 螺常值漂移的关系为
权利要求
1.一种单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法，其特征是 步骤1、对捷联惯性导航系统进行预热准备；步骤2、通过全球定位系统确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算机中； 步骤3、在舰船初始位置、记为位置1，采集光纤陀螺和加速度计组件的输出，进行粗对 准，初步确定该位置下载体的三个姿态俯仰角Qtl、倾斜角Y。和航向角机，并记录一分钟 内该位置X、Y方向陀螺的输出均值 χ1、 γ1；步骤4、在位置1的基础上，控制单轴转台绕方位旋转轴转动180度到另一位置，记为位 置2，在位置2上采集并记录一分钟内X、Y方向陀螺的输出均值 χ2、 γ2 ；步骤5、根据位置1记录的Χ、Υ方向陀螺输出均值 χ1、Ayl以及位置2记录的Χ、Υ方向 陀螺输出均值 χ2、^y2，计算出χ、γ方向上的陀螺常值漂移εχ、￡y;步骤6、结合步骤3粗对准阶段确定的初始姿态角θ。γ ^和叽，以及步骤5获得的X、 Y方向上陀螺常值漂移εχ、ε y，计算出捷联惯导系统方位精对准位置，记为位置3;步骤7、在位置1的基础上，控制单轴转台绕方位轴转动角度β到位置3，采集光纤陀 螺和加速度计组件输出，以速度误差为观测量，建立卡尔曼滤波器状态方程和量测方程，利 用卡尔曼滤波估计并补偿方位失准角，完成方位精对准。
2.根据权利要求1所述的一种单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法，其特征 是所述计算出X、Y方向上的陀螺常值漂移εχ、￡y的具体方法为(1)、在位置1采集并记录X、Y方向陀螺的输出均值 χ1、 γ1，它们与χ、Y方向的陀螺 常值漂移的关系为i ⑴式中，ωχ、COy为乂、Y方向陀螺的输出真值；(2)、在位置2采集并记录Χ、Υ方向陀螺的输出均值 χ2、 γ2，它们与X、Y方向的陀螺常值漂移的关系为
3.根据权利要求1或2所述的一种单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法，其特 征是所述计算出捷联惯导系统方位精对准位置的方法为以东北天坐标系为导航坐标系，静基座下捷联惯导系统的速度误差方程和姿态误差方 程表示为
全文摘要
本发明提供的是一种单轴旋转捷联惯导系统初始航向的确定方法。步骤1、对捷联惯性导航系统进行预热准备；步骤2、通过全球定位系统确定载体的初始位置参数；步骤3、初步确定位置1下载体的三个姿态，并记录一分钟内该位置X、Y方向陀螺的输出均值步骤4、在位置2上采集并记录一分钟内X、Y方向陀螺的输出均值步骤5、计算出X、Y方向上的陀螺常值漂移εx、εy；步骤6、计算出捷联惯导系统方位精对准位置；步骤7、利用卡尔曼滤波估计并补偿方位失准角，完成方位精对准。本发明沿用现有的单轴转台，只需控制转台将IMU置于合适的位置进行初始对准，即可高精度地估计出方位失准角，进而确定出初始航向角。
文档编号G01C21/20GK102052921SQ20101055089
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者唐李军, 奔粤阳, 孙枫, 曹冰, 曹通, 李举锋, 李国强, 胡丹, 高伟, 高鹏 申请人:哈尔滨工程大学