专利名称：一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法
技术领域：
本发明属于捷联惯性导航技术领域，涉及初始对准，为一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法。
背景技术：
捷联惯性导航，简称捷联惯导，捷联惯导系统的一个重要的问题是初始对准。在尽可能短的时间内达到最高的对准精度，是捷联惯导初始对准技术所追求的目标。捷联惯导的初始对准就是确定初始时刻的姿态矩阵。初始对准有精度和快速性两个方面的要求。为了满足高精度要求，希望惯性传感器具有尽可能高的精度和稳定性，并希望系统对外界扰动不敏感。为提高系统的精度，还希望初始对准时能对陀螺漂移、加速度计零偏以及它们的标度系数进行标定和补偿。显然，精度和快速性这两方面的要求是互相矛盾的，因此需要合理地进行系统设计，尽可能兼顾这两方面的要求，以期求得满意的效果。利用罗经效应进行自主对准的过程一般分为粗对准和精对准两步进行。粗对准要求尽快将数学平台调整到某一个精度范围内，主要指标是较短的对准时间；精对准在粗对准的基础上进行，一般先调水平，然后再进行方位精对准，主要指标是对准精度。精对准结束时的精度就是惯导系统进入导航工作模式时的初始精度。本发明针对传统的自对准方法中出现的对准过程中抖动、对准时间较长以及抗干扰能力不高等问题，本发明将精对准过程分为了三个阶段，每个阶段选用不同的调整时间和衰减系数以根据对准不同阶段的特性设计最佳的参数已达到快速、抗干扰的目的。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对传统的自对准方法中出现的对准过程抖动、对准时间较长以及抗干扰能力差等问题，提供一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，特别适用于捷联惯性导航系统完成无源自主快速对准过程。本发明的技术解决方案为一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法， 分为粗对准和精对准两步，首先利用解析法完成粗对准过程，然后进行水平精对准和方位精对准，基于精对准参数计算加速度修正量和角速度修正量，对输入捷联惯性导航系统的加速度信息和角速度信息进行修正，利用修正后的信息进行四元数解算得到初始姿态角， 完成精对准过程，包括以下步骤1)对准前首先确定自对准的精对准参数，包括各阶段阻尼比ξ、衰减系数σ、调整时间ts、对准时间Ti以及由所述参数计算出的各阶段其他阻尼参数；精对准分段进行，按照选用对准参数的不同设计水平精对准为一个阶段，方位精对准为三个阶段，具体如下水平精对准阶段对准时间为T1 = IOOs
方位精对准第一阶段对准时间T2 = 300s
权利要求
1. 一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，其特征是分为粗对准和精对准两步，首先利用解析法完成粗对准过程，然后进行水平精对准和方位精对准，基于精对准参数计算加速度修正量和角速度修正量，对输入捷联惯性导航系统的加速度信息和角速度信息进行修正，利用修正后的信息进行四元数解算得到初始姿态角，完成精对准过程，包括以下步骤1)对准前首先确定自对准的精对准参数，包括各阶段阻尼比ξ、衰减系数σ、调整时间ts、对准时间Ti以及由所述参数计算出的各阶段其他阻尼参数；精对准分段进行，按照选用对准参数的不同设计水平精对准为一个阶段，方位精对准为三个阶段，具体如下水平精对准阶段对准时间为T1 = IOOs
2.根据权利要求1所述的一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，其特征是所述的解析法粗对准为当地纬度L为已知量，导航坐标系采用东北天坐标系，则重力加速度g和地球自转角速度在导航系统中的分量都是确定已知的，表示为 gn =
T ω = [0 QcosI QsinLf其中，gn表示重力加速度在导航坐标系下的投影，<表示地球自转角速度在导航坐标系下的投影，Ω为地球自转角速率，g为重力加速度的幅值；解析粗对准利用已知的gn，約〗和捷联惯性导航系统传感器的测量值来估计粗对准初始姿态矩阵Q；。)’对传感器测量值取平均以提高对准精度，用ab和qt分别表示加速度计和陀螺仪的测量平均值；解析法粗对准方法采用以下两种方法的一种(a)利用三个互相正交的向量g，gX 和(gX coie) Xg以及三个互相正交的向量ab， ab X ωb 和(ab X ωb) X ab 计算C '；(0)
3.根据权利要求1所述的一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，其特 ,·步骤3)中所述的加速度修正量/c"=(店fSy fc"z)T和角速度修正量^y @zf，计算如下 水平精对准时修正量计算公式
全文摘要
一种快速、参数分段式捷联惯性导航系统自对准方法，利用解析法完成粗对准过程，接着进行水平精对准和方位精对准，方位精对准分为三个阶段，每个阶段根据该阶段的特性选用不同的调整时间和衰减系数来确定对准参数，基于对准参数计算加速度修正量和角速度修正量，对输入的加速度信息和角速度信息进行修正，利用修正后的信息进行四元数解算得到初始姿态角，完成精对准过程。本发明通过采集陀螺仪和加速度计数据利用解析法和罗经法完成初始对准，无需利用其他传感器信息，保证初始对准的安全性和保密性；本发明针对不同阶段的对准特性选用最佳的调整时间和衰减系数，从而计算其他的对准参数，提高对准曲线的快速收敛性以及抗干扰性能。
文档编号G01C25/00GK102538821SQ20111042565
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月17日 优先权日2011年12月17日
发明者刘锡祥, 张涛, 徐晓苏, 李佩娟, 王立辉 申请人:东南大学