一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

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1、万方数据第32卷第4期2011年4月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentVoL32No．4Apr．2011一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法孙枫，曹通(哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001)摘要：针对单轴旋转式捷联惯性导航系统，提出了一种基于惯性测鼍单元(inertialmeasurementunit，IMU)旋转的三位置初始对准方法。在系统町观测性分析的基础上，建立IMU姿态与失准角之间的关系，提出了使失准角估计偏差为零的i位置对准方法。与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较，表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀

2、螺常值漂移对初始对准精度的影响，大大提高了系统初始对准精度。关键词：捷联惯导系统；i位置对准；旋转调制；常值偏差关键词：U666．12文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．80Three-positionalignmentofsingle-axisrotationstrapdowninertialnavigationsystemSunFeng，CaoTong(AutomationCollege，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：BasedonIMUrotation．thispaperpresentsath

3、ree—positioninitialalignmentmethodforsingle—axisrota-tionstrapdowninertialnavigationsystem(SINS)．Atfirst，themathematicalrelationshipbetweenIMUattitudeandalignmentsisestablishedbasedonsystemobservabilityanalysis．Then，anewthree—positionalignmentmethodthatmakesalignmentestimationerror$tozeroispresen

4、ted．Resultshowsthatcomparedwithfixedpositionalignmentandtwo—positionalignment，theeffectsofunobservablehorizontalaccelerometerbiasandeasterngyroconstantdriftCanbeeliminatedwiththismethod，andtheinitialalignmentaccuracycanbegreatlyimproved．Keywords：strapdowninertialnavigationsystem；three—positionali

5、gnment；revolutionmodulation；constantbias1引言单轴旋转调制型捷联惯导系统在不使用外部信息的条件下¨引，通过对惯性测量单元的转动来调制陀螺和加速度计的常值偏差b剖，提高系统长时间导航能力。由于系统本身具有转动控制机构，为多位置对准提供了条件。为此，本文对旋转捷联惯导系统的多位置对准技术进行了深入研究。提高对准精度、减少对准时间是初始对准的主要问题"圳。由于东向、北向加速度计零偏和东向陀螺常值漂收稿日期：2010-07ReceivedDate：2010-07·基金项目：国家自然科学基金(60775001，60834005)资助项目移为不可观测状态，这些

6、不可观测状态限制了系统初始对准的精度¨m12J。以往基于滤波的初始对准的焦点集中在如何通过机动增强系统的可观测性¨’“1，提高对准精度。本文通过对静基座下初始对准的可观测性分析，利用旋转机构寻求多个最佳角位置的方法，消除不可观测状态对初始对准精度的影响，进而提高对准精度。2静基座初始对准分析定义b为载体坐标系，s为IMU坐标系，以东北天地理坐标系为导航坐标系n，计算导航坐标系记为P。建立万方数据838仪器仪表学报第32卷静基座下捷联惯导系统的速度误差方程和姿态误差方程㈤：匕=2见K一觯。+阢(1一a)K=一2DuK+g咖。+V。(1-b)‘b。=q咖。一亿咖。一F。(1一c)咖。=一琥咖

7、。一占。(1-d)币。=fk咖，一占。(1一e)式中，K和K分别表示东向和北向速度误差；咖。、咖。和咖。分别表示东向、北向和方位失准角；V。和V。分别表示东向、北向加速度计零偏；占。、占。和占。分别表示东向、北向和天向陀螺常值漂移；琅=∞。cosL，玩=‘￡，ksinL，OJk为地球自转角速度，￡为当地地理纬度，g为重力加速度。将式(1-a)、式(1-b)和式(1-c)中咖。币。和咖。分别移到等式左边得：币。=一土g(以一2亿K)+