本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種長(zhǎng)時(shí)間航行的利用速度信息輔助進(jìn)行陀螺漂移修正的基于速度輔助的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移修正方法。
背景技術(shù)：
：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作不校正，會(huì)由于陀螺漂移誤差積累使系統(tǒng)導(dǎo)航精度下降。為了保證慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能長(zhǎng)期有效的工作，需要引入外部信息定期或者不定期的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合校正，使其位置、姿態(tài)和航向等誤差得到修正，同時(shí)，對(duì)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)并在系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償以限制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差，提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。在以往的綜合校正方法中，例如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210015077.7，名稱(chēng)為“一種船用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)單點(diǎn)海上校準(zhǔn)方法”的專(zhuān)利文件中公開(kāi)的方法，在船舶遠(yuǎn)航一段時(shí)間積累一定導(dǎo)航誤差后，通過(guò)獲得外部提供一次單點(diǎn)位置導(dǎo)航數(shù)據(jù)，利用陀螺漂移和位置及定位信息間的關(guān)系式，即可估算出陀螺漂移并對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。又如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410143315.1，名稱(chēng)為“一種基于橫坐標(biāo)系的極區(qū)航行船舶捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)重調(diào)方法”的專(zhuān)利文件中公開(kāi)的綜合校正方法，利用外部設(shè)備連續(xù)三次獲得外部位置信息，通過(guò)建立橫坐標(biāo)系下慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)漂移角和位置誤差和航向誤差的關(guān)系，經(jīng)過(guò)兩次位置重調(diào)后，在第三次獲得位置誤差后對(duì)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)并對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行重調(diào)并計(jì)算航向誤差。哈爾濱工程大學(xué)張?chǎng)蔚念}為“船用單軸旋轉(zhuǎn)光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)/測(cè)漂及綜合校正研究”的博士學(xué)位論文中，在傳統(tǒng)綜合校正的基礎(chǔ)上提出了慣性下的兩點(diǎn)校和三點(diǎn)校方法。文章所提出的的方法將ψ方程投影到慣性系下，利用位置信息和定位信息對(duì)陀螺漂移進(jìn)行估算并對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正，在保證精度的基礎(chǔ)上解除了對(duì)載體低速、等緯度航行的限制。上述方式并沒(méi)有涉及綜合校正方式的效率問(wèn)題，且并不是利用速度信息對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行綜合校正，對(duì)于一些水下載體而言，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的外部位置信息難以獲得，因此上述方式并不適用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種僅需速度信息即可對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)并修正，提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度的基于速度輔助的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移修正方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于速度輔助的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移修正方法，包括如下步驟：(1)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱、初始對(duì)準(zhǔn)前期工作后開(kāi)始進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，當(dāng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具備10分鐘內(nèi)是勻速直航條件時(shí)，記此時(shí)刻為t1；(2)根據(jù)外部輔助測(cè)量裝置如多普勒計(jì)程儀DVL對(duì)地的測(cè)速信號(hào)獲取參考外部速度信息；在t1時(shí)刻獲得第一次參考外部速度，記為在此時(shí)刻慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的解算速度記為10分鐘后在t2時(shí)刻段獲得第二次參考外部速度，記為此時(shí)刻慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的解算速度記為其中，b代表載體坐標(biāo)系，n代表地理坐標(biāo)系；(3)將取得的外部速度信息投影到地理坐標(biāo)系，得到：vDVLn(t)=CbnvDVLb(t)]]>其中，t表示時(shí)刻，即運(yùn)載體運(yùn)行的時(shí)刻值，t＝t1,t2；是載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)移矩陣，由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)直接給出；(4)將步驟3得到的地理坐標(biāo)系下的外部速度信息與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算的速度信息作差得到速度誤差：δvn(t1)=vDVLn(t1)-vINSn(t1)]]>δvn(t2)=vDVLn(t2)-vINSn(t2)]]>其中，δvn(t)為地理坐標(biāo)系下在t時(shí)刻得到的速度誤差；為地理坐標(biāo)系下在t時(shí)刻慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算的速度信息；t＝t1,t2；(5)根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)得到的速度誤差δvn(t1)和δvn(t2)即可得到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差源陀螺漂移的關(guān)系式：εb＝[A(t2|t1)]-1[F(t2)δvn(t2)-F(t1)δvn(t1)]其中，εb為載體坐標(biāo)系下的陀螺漂移；為t1時(shí)刻到t2時(shí)刻的積分增量，是載體坐標(biāo)系b到慣性坐標(biāo)系i的轉(zhuǎn)換矩陣，由陀螺輸出自主計(jì)算；F(t)為速度誤差與陀螺漂移間的代換矩陣；t＝t1,t2(6)將步驟(5)估算得到的陀螺漂移εb，補(bǔ)償?shù)狡脚_(tái)的指令角速度上，即可完成對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的陀螺進(jìn)行漂移量的修正。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)建立速度誤差信息與陀螺漂移間的關(guān)系式，可以只利用速度信息即可對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移進(jìn)行估計(jì)并修正，提高了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和效率，并且保證了載體的安全性和隱秘性。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明所指的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移修正流程圖；圖2是本發(fā)明與傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺漂移估計(jì)結(jié)果對(duì)比圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。1、載體在碼頭系泊狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)熱、初始對(duì)準(zhǔn)，初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)結(jié)束后載體離開(kāi)碼頭進(jìn)入航行狀態(tài)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)算航行時(shí)間t。2、載體運(yùn)行一段時(shí)間后，若此時(shí)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具備在10分鐘內(nèi)是勻速直航條件時(shí)，記此時(shí)為t1。3、根據(jù)外部輔助測(cè)量裝置如多普勒計(jì)程儀(DVL)對(duì)地的測(cè)速信號(hào)獲取參考外部速度信息。4、在t1時(shí)刻處，根據(jù)外部輔助設(shè)備多普勒計(jì)程儀取得當(dāng)前對(duì)地速度信息并將其投影到地理坐標(biāo)系中：vDVLn(t1)=CbnvDVLb(t1)]]>其中，b表示載體坐標(biāo)系；n表示地理坐標(biāo)系；表示地理坐標(biāo)系下的多普勒計(jì)程儀的速度；是載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)移矩陣，可由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)直接給出。與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣導(dǎo)解算值(同樣取t1時(shí)間段內(nèi)的平均值)作差即可得到t1時(shí)刻的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速度誤差：δvn(t1)=vDVLn(t1)-vINSn(t1)]]>其中，δvn(t1)表示t1時(shí)刻地理坐標(biāo)系下的速度誤差；為t1時(shí)刻慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣導(dǎo)解算值。5、約10分鐘后在t2時(shí)刻與步驟4同，得到t2時(shí)刻的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速度誤差：δvn(t2)=vDVLn(t2)-vINSn(t2)]]>其中，δvn(t2)表示t2時(shí)刻地理坐標(biāo)系下的速度誤差；為t2時(shí)刻地理坐標(biāo)系下慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的解算值。6、根據(jù)步驟4和步驟5得到的速度誤差δvn(t1)和δvn(t2)，利用下式即可得到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的陀螺漂移：εb＝[A(t2|t1)]-1[F(t2)δvn(t2)-F(t1)δvn(t1)]其中，εb為載體坐標(biāo)系下的陀螺漂移；為t1時(shí)刻到t2時(shí)刻的積分增量，是載體坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系i的轉(zhuǎn)換矩陣，可由陀螺輸出自主計(jì)算；為速度誤差與陀螺漂移間的代換矩陣，(t＝t1,t2)為t時(shí)刻慣性坐標(biāo)系i到地理坐標(biāo)系n的轉(zhuǎn)換矩陣，其定義如下Cin=-sin(λ+ΩΔt)cos(λ+ΩΔt)0-sinLcos(λ+ΩΔt)-sinLsin(λ+ΩΔt)cosLcosLcos(λ+ΩΔt)cosLsin(λ+ΩΔt)sinL]]>λ、L為GPS在t時(shí)刻獲得的經(jīng)緯度信息，Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，Δt＝t2-t1。M(t)為計(jì)算推導(dǎo)過(guò)程中產(chǎn)生的代換矩陣，其定義如下M(t)=M11(t)M12(t)M13(t)M21(t)M22(t)M23(t)M31(t)M32(t)M33(t)]]>M11(t)=[-ωzωsinωt+ωxωyω2(1-cosωt)]fz(t)-[ωyωsinωt+ωxωzω2(1-cosωt)]fy(t)]]>M12(t)=[-cosωt+ωx2ω2(1-cosωt)]fz(t)-[ωyωsinωt+ωxωzω2(1-cosωt)]fx(t)]]>M13(t)=[cosωt+ωx2ω2(1-cosωt)]fy(t)-[-ωzωsinωt+ωxωyω2(1-cosωt)]fx(t)]]>M21(t)=[cosωt+ωy2ω2(1-cosωt)]fz(t)-[-ωxωsinωt+ωyωzω2(1-cosωt)]fy(t)]]>M22(t)=[-ωzωsinωt+ωxωyω2(1-cosωt)]fz(t)-[-ωxωsinωt+ωyωzω2(1-cosωt)]fx(t)]]>M23(t)=[ωzωsinωt+ωxωyω2(1-cosωt)]fy(t)-[cosωt+ωy2ω2(1-cosωt)]fx(t)]]>M31(t)=[ωxωsinωt+ωyωzω2(1-cosωt)]fz(t)-[cosωt+ωz2ω2(1-cosωt)]fy(t)]]>M32(t)=[ωyωsinωt+ωxωzω2(1-cosωt)]fz(t)-[cosωt+ωz2ω2(1-cosωt)]fx(t)]]>M33(t)=[-ωyωsinωt+ωxωzω2(1-cosωt)]fy(t)-[ωxωcosωt+ωyωzω2(1-cosωt)]fx(t)]]>其中，t是載體航行時(shí)間，ω=[vy2R2+(2Ω+vxRcosL)2]12]]>ωxωyωzT=-vynR2ΩcosL+vxnR2ΩsinL+vxnRtanLT]]>其中，ω為地理坐標(biāo)系相對(duì)慣性空間的旋轉(zhuǎn)角速度，由于載體做勻速直航運(yùn)動(dòng)，因此ω可視為常值；ωx、ωy和ωz為ω在地理坐標(biāo)系下三軸上的投影；vx為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算得到的運(yùn)載體東向速度，vy為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算得到的運(yùn)載體北向速度；L為運(yùn)載體所在地緯度，R為地球半徑。fx、fy和fz為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算得到的加速度計(jì)輸出比力矢量在地理坐標(biāo)系三軸上的投影。7、將步驟6估算得到的陀螺漂移εb，補(bǔ)償?shù)狡脚_(tái)的指令角速度上，即可完成對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的陀螺進(jìn)行漂移量的修正。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3