基于多普勒的光纤陀螺捷联惯导系统初始姿态确定方法

摘要

本发明提供的是一种基于多普勒的光纤陀螺捷联惯导系统初始姿态确定方法。预热后连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出的数据；对采集到的陀螺仪和加速度计的数据进行处理；完成捷联惯导系统的粗对准；粗对准完毕后进入精对准阶段；建立船用捷联惯性导航系统的动基座误差方程；应用最优控制滤波理论设计滤波器，并进行滤波估计；提取船体姿态失准角信息，在组合精对准结束时用它来修正船体姿态，完成精确初始对准；同时，获得陀螺漂移的估计值，实现初始对准阶段的测漂过程，并对陀螺漂移进行补偿，进一步抑制器件误差对船体导航信息的影响。采用本发明的方法可以在保证对准精度和快速性的要求下，实现对光纤陀螺零位漂移的准确估计。

主权项

1、一种基于多普勒的光纤陀螺捷联惯导系统初始姿态确定方法，其特征是：(1)首先对光纤陀螺捷联惯性导航系统进行预热，然后连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出的数据；(2)对采集到的陀螺仪和加速度计的数据进行处理，采用二阶调平和方位估计法完成捷联惯导系统的粗对准，确定此时的纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ姿态信息；(3)粗对准完毕后进入精对准阶段，首先，继续采集光纤陀螺和加速度计输出的数据，并通过标准的四元数法进行导航解算，获得船体的计算速度、姿态、位置等相关信息；同时，通过多普勒计程仪或者GPS测得船体的速度信息，并把这个速度近似看作船体的真实速度；(4)建立船用捷联惯性导航系统的动基座误差方程，误差方程为：α、β、γ——计算地理坐标系与真实水平坐标系之间的姿态误差角；——计算地理坐标系与真实地理坐标系之间的纬度误差；δλ——计算地理坐标系与真实地理坐标系之间的经度误差；δV_x、δV_y——当地地理坐标系的轴向速度计算值与真实值之间的误差；V_x、V_y——船体的东北向速度；w_ie——地球自转角速率；R_E，R_N——船体所在位置的地球曲率半径；——船体所在位置的纬度；g——当地重力加速度；ε_x、ε_y、ε_z——陀螺误差在载体坐标系的投影，这里简记为陀螺零位漂移；——加速度计在载体坐标系的投影，这里简记为加速度计偏差；(5)应用最优控制滤波理论设计滤波器，并进行滤波估计；(6)从状态估值中提取船体姿态失准角信息α、β、γ，在组合精对准结束时用它来修正船体姿态，即纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ，完成精确初始对准；同时，从偏差估计值中获得陀螺漂移的估计值，实现初始对准阶段的测漂过程，并对陀螺漂移进行补偿，进一步抑制器件误差对船体导航信息的影响。