一种捷联惯性导航系统双轴旋转调制方法

摘要

本发明属于捷联惯导系统调制技术领域，涉及一种捷联惯导系统双轴旋转调制方法，目的是是降低复杂性，实现无需高角加速度换向机构的速率偏频。它包括设定坐标系、安装陀螺和加速度计、安装惯性测量单元、双轴旋转调制、惯性测量单元导航计算和捷联惯导系统导航数据解调计算六个步骤。本发明采用双轴旋转调制，实现了对捷联惯导系统内惯性器件误差的调制，提高了捷联惯导系统的导航精度。对于使用激光陀螺的捷联惯导系统，本发明不需要高角加速度的换向机构，降低了系统实现的复杂度，进而降低了系统实现成本。

主权项

1.一种捷联惯导系统双轴旋转调制方法，包括如下步骤：第一步：设定坐标系；第二步：安装陀螺和加速度计；将陀螺和加速度计安装在惯性测量单元上，使加速度计坐标系X^aY^aZ^a与惯性测量单元的坐标系X^mY^mZ^m重合，3个加速度计相互正交，X轴向加速度计（7），Y轴向加速度计（8）、Z轴向加速度计（9）分别安装在与加速度计坐标系X^aY^aZ^a的X^a、Y^a、Z^a的3个轴平行的位置上；陀螺坐标系X^gY^gZ^g的X^g、Y^g、Z^g的3个轴与惯性测量单元的坐标系X^mY^mZ^m的Y^m轴的夹角都是54.74°；X轴向陀螺（10），Y轴向陀螺（11）、Z轴向陀螺（12）相互正交，X轴向陀螺（10），Y轴向陀螺（11）、Z轴向陀螺（12）分别安装在与陀螺坐标系X^gY^gZ^g的X^g、Y^g、Z^g的3个轴平行的位置上；第三步：安装惯性测量单元将惯性测量单元安装在双轴旋转机构上，使得旋转机构的内轴（3）与惯性测量单元的坐标系X^mY^mZ^m的Y^m轴平行；第四步：双轴旋转调制控制双轴旋转机构内轴（3）以恒定角速度连续旋转，角速率的范围为10°/s～1000°/s；控制外轴（4）进行周期性的往复运动，往复运动1圈到100圈，往复运动的周期为36s～36000s；第五步：惯性测量单元导航计算计算惯性测量单元在地理系的北向速度、东向速度、天向速度、经度、纬度、高度、姿态矩阵第六步：捷联惯导系统导航数据解调计算对捷联惯导系统导航数据进行解调计算，得到捷联惯导系统的航向角、俯仰角、滚动角、北向速度、东向速度、天向速度、经度、纬度和高度；包括如下步骤：（1）确定捷联惯导系统的北向速度、东向速度、天向速度、经度、纬度和高度；（2）确定捷联惯导系统的航向角、俯仰角和滚动角包括如下步骤：（a）计算捷联惯导系统在载体坐标系下的姿态矩阵捷联惯导系统载体坐标系的姿态矩阵为：$C_n^b=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\phi }_x& 0& \sin {\phi }_x\\ -\sin {\phi }_y\sin {\phi }_x& \cos {\phi }_y& \sin {\phi }_y\cos {\phi }_x\\ -\cos {\phi }_y\sin {\phi }_x& -\sin {\phi }_y& \cos {\phi }_y\cos {\phi }_x\end{array}\right]C_n^m$其中，$C_n^m=\left[\begin{array}{ccc}{C}_n^m\left(\mathrm{1,1}\right)& C_n^m\left(\mathrm{1,2}\right)& C_n^m\left(\mathrm{1,3}\right)\\ C_n^m\left(\mathrm{2,1}\right)& C_n^m\left(\mathrm{2,2}\right)& C_n^m\left(\mathrm{2,3}\right)\\ C_n^m\left(\mathrm{3,1}\right)& C_n^m\left(\mathrm{3,2}\right)& C_n^m\left(\mathrm{3,3}\right)\end{array}\right];$φ_x双轴旋转机构的内轴转角；φ_y为双轴旋转机构的外轴转角；为惯性测量单元的姿态矩阵；（b）计算捷联惯导系统的航向角、俯仰角和滚动角捷联惯导系统的航向角φ、俯仰角θ和滚动角γ如下：$\phi ={\tan }^{-1}(-\frac{C_n^b\left(\mathrm{1,3}\right)}{C_n^b\left(\mathrm{1,1}\right)})$$\theta ={\sin }^{-1}\left(C_n^b\left(\mathrm{1,2}\right)\right)$$\gamma ={\tan }^{-1}(-\frac{C_n^b\left(\mathrm{3,2}\right)}{C_n^b\left(\mathrm{2,2}\right)}).$