基于高精度imu的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，對于相對地面靜止的IMU，使用特定的3個半IMU的輸出可實現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)，即解算出IMU相對于地球的姿態(tài)。特定的3個半IMU的輸出數(shù)據(jù)中，3個數(shù)據(jù)中至少要有一個軸向的陀螺輸出和一個軸向的加速度計輸出是同軸的，半個IMU輸出是指除這3個輸出外剩下3個輸出中一個或多個輸出的有限信息。本發(fā)明可以提高姿態(tài)求解精度，在不需要利用其進(jìn)行后續(xù)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航而只需要進(jìn)行姿態(tài)求解的應(yīng)用場合，可以省去部分軸向的加速度計或者陀螺，從而減少成本。
【專利說明】基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高精度慣性測量單元IMU在地球表面靜基座情況下的初始對準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]初始對準(zhǔn)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)特有的一個工作狀態(tài)和過程，其功能給定初始速度、初始位置和初始姿態(tài)。初始速度、初始位置的給定比較容易，獲取高精度初始姿態(tài)是初始對準(zhǔn)的關(guān)鍵和難點。通常，初始對準(zhǔn)主要指姿態(tài)對準(zhǔn)。根據(jù)對準(zhǔn)方式的不同，姿態(tài)對準(zhǔn)分為自對準(zhǔn)和建立在主/子慣導(dǎo)傳遞基礎(chǔ)上的傳遞對準(zhǔn)。姿態(tài)自對準(zhǔn)主要是在系統(tǒng)靜止的情況下進(jìn)行的，以地球重力方向作為水平姿態(tài)基準(zhǔn)，利用地球自轉(zhuǎn)角速度作為方位基準(zhǔn)。初始對準(zhǔn)按照對準(zhǔn)階段分可以分為粗對準(zhǔn)階段和精對準(zhǔn)階段，對于粗對準(zhǔn)階段，它利用IMU的6個輸出，根據(jù)地球重力和自轉(zhuǎn)信息，計算出IMU的姿態(tài)；精對準(zhǔn)是在粗對準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它需要采集一段時間的數(shù)據(jù)，采用卡爾曼或其他估計算法，校正粗對準(zhǔn)階段得出的IMU姿態(tài)?？傊?，對于自對準(zhǔn)來說，要得出IMU的姿態(tài)信息，以前的方法總是需要IMU的全部6個輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種使用高精度慣性測量單元IMU的特定的3個半輸出在地球表面靜止情況下求解姿態(tài)的方法，即選擇式對準(zhǔn)方法。所謂特定的3個半IMU的輸出數(shù)據(jù)中，3個數(shù)據(jù)中至少要有一個軸向的陀螺輸出和一個軸向的加速度計輸出是同軸的，另一個輸出是剩余的4個輸出中的任意一個,半個IMU輸出是指除這3個輸出外剩下3個輸出中一個或多個輸出的有限信息(如正負(fù)信息，大致幅值信息)。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，IMU由三軸加速度計和三軸陀螺儀組成，共有6個輸出；對于相對地面靜止的MU，使用特定的3個半IMU的輸出實現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)，即解算出IMU相對于地球的姿態(tài)。
[0005]所述特定的3個半IMU的輸出中，3個輸出中至少有一個軸向的陀螺輸出和一個軸向的加速度計輸出是同軸的，半個IMU輸出是指除3個輸出外剩下3個輸出中的一個或多個輸出的有限信息。
[0006]設(shè)定地理坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，記導(dǎo)航坐標(biāo)系為n，載體坐標(biāo)系為b，η到b的坐標(biāo)變換矩陣為Cf,組成IMU的三軸陀螺輸出分別記為wx，wy和Wz，組成IMU的三軸加速度計輸出分別記為fx，fy和fz，設(shè)=

【權(quán)利要求】
1.一種基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:對于相對地面靜止的IMU,使用特定的3個半IMU的輸出實現(xiàn)捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)，即解算出IMU相對于地球的姿態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述特定的3個半IMU的輸出中，3個輸出中至少有一個軸向的陀螺輸出和一個軸向的加速度計輸出是同軸的，半個IMU輸出是指除3個輸出外剩下3個輸出中的一個或多個輸出的有限信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:設(shè)定地理坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，記導(dǎo)航坐標(biāo)系為η,載體坐標(biāo)系為b,n到b的坐標(biāo)變換矩陣為 組成IMU的三軸陀螺輸出分別記為wx，wy和Wz，組成IMU的三軸加速度計輸出分別記為fx，fy和fz，設(shè)
，求解Cf，得到4個<解；將4個<解分別代入到式⑴中，
分別反求出IMU的6個輸出，將未使用的原始IMU輸出中的一個或多個輸出與其對應(yīng)的反求出的MU輸出比較，比較輸出的正負(fù)號或差值，正負(fù)號一致或差值絕對值最小所對應(yīng)的<的解為唯一正解。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高精度IMU的捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)方法，其特征在于:所述求解C〗的方法如下: 第一種情況:已知某一軸向的加速度計和陀螺輸出和另外一個軸向的陀螺輸出，記這3個輸出為fa，wa和we,下標(biāo)α、β、y表示X、y或z,且互不相同,可得:
其中，wie為地球自轉(zhuǎn)角速度大小，g為重力加速度大小，L為所在地球緯度，式(3)中，a、b和c滿足:
式(4)中，條件
求得4個< 解； 第二種情況:已知某一軸向的加速度計和陀螺輸出和另外一個軸向的加速度計輸出，記這3個輸出為f α, Wa和f e ,下標(biāo)α、β、y表示X、y或z,且互不相同,可得:
式(6)中，a、b和c滿足:
式(7)中，條件I指
求得4個<解。
【文檔編號】G01C21/18GK104075716SQ201410308043
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】譚彩銘, 王宇, 朱欣華, 吳志強(qiáng), 蘇巖 申請人:南京理工大學(xué)