專利名稱：一種船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型、高效、實用的船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，可 應(yīng)用于其它類型的水面/水下運(yùn)載體的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有全自主、高隱蔽性、高帶寬、連續(xù)輸出等特點(diǎn)，在國防上具有戰(zhàn) 略意義，是航空、航天、航海等領(lǐng)域中最重要的設(shè)備之一。船用應(yīng)用環(huán)境中，常要求慣導(dǎo)系統(tǒng)連續(xù)工作幾天甚至更長時間，由于陀螺漂移等 原因會使慣導(dǎo)系統(tǒng)逐漸失去導(dǎo)航功能。提高慣導(dǎo)系統(tǒng)長時間導(dǎo)航精度可采取兩方面措施 (1)提高慣性器件精度，然而提高慣性器件精度往往需要付出較大的代價，成本也將大大提 高；(2)采取適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)級算法，在有外部參考信息時對系統(tǒng)進(jìn)行校正(可用外部參考信息 一般為位置和速度)，將慣導(dǎo)誤差限制在一定的范圍之內(nèi)。傳統(tǒng)的位置校正算法有兩種類 型一種是在有參考信息時只校正位置和速度，這種方法只需一次有效的外部參考信息即 可實現(xiàn)，因此簡單方便，然而卻不能抑制慣導(dǎo)誤差的舒拉振蕩(導(dǎo)航誤差的一種周期性振 蕩)，也不能從根本上解決陀螺漂移帶來的慣導(dǎo)誤差發(fā)散問題；另一種方案基于陀螺漂移 為常值的假設(shè)，利用慣導(dǎo)誤差模型擬合出平臺偏角和陀螺漂移，并修正位置和速度。然而陀 螺漂移在長時間導(dǎo)航時不會保持常值，而是在不斷地發(fā)生變化，因此擬合出的平臺偏角有 較大誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有船用慣導(dǎo)系統(tǒng)位置校正算法在處理變化的陀 螺漂移等問題上的弊端，能更準(zhǔn)確地擬合出舒拉振蕩的參數(shù)以及導(dǎo)致導(dǎo)航誤差發(fā)散的地軸 方向陀螺漂移，具有準(zhǔn)確、高效、實用、易于實現(xiàn)等特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其實 現(xiàn)步驟如下(1)將長時間導(dǎo)航時完整慣導(dǎo)誤差模型在校正時間內(nèi)進(jìn)行簡化，得到短時間內(nèi)簡 化慣導(dǎo)誤差模型；(2)根據(jù)步驟⑴所建立的短時間內(nèi)慣導(dǎo)誤差模型短時間內(nèi)簡化慣導(dǎo)誤差模型， 利用三次間斷獲得的外部位置、速度參考信息，得到當(dāng)前時刻慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置誤差、速度誤 差，并計算出慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)平臺偏角；(3)在完整慣導(dǎo)誤差模型中，將位置誤差、速度誤差和數(shù)學(xué)平臺偏角造成的影響扣 除，并忽略陀螺漂移造成的舒拉振蕩項，得到無舒拉振蕩條件下由陀螺漂移造成的慣導(dǎo)系 統(tǒng)誤差方程；(4)將步驟( 計算出數(shù)學(xué)平臺偏角的影響從三次獲得的外部位置、速度參考信 息中扣除，得到由等效陀螺漂移引起的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差；(5)根據(jù)步驟C3)所建立的無舒拉振蕩條件下由陀螺漂移造成的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差方程及步驟(4)得到由等效陀螺漂移引起的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，若獲得外部參考信息時刻為Mh 整倍數(shù)時，則計算導(dǎo)致慣導(dǎo)誤差發(fā)散的等效地軸方向陀螺漂移；(6)根據(jù)步驟( 及( 估計得到的慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差、位置誤差、平臺偏角誤差 及陀螺漂移對系統(tǒng)進(jìn)行修正，提高導(dǎo)航精度。本發(fā)明的原理是通過運(yùn)載體在Ih內(nèi)間隔3次獲取外部參考位置、速度信息，結(jié)合 慣導(dǎo)系統(tǒng)短時間誤差模型，可以擬合出當(dāng)前時刻慣導(dǎo)系統(tǒng)舒拉振蕩系數(shù)，若校正時刻發(fā)生 在24h整倍數(shù)附近，則可根據(jù)誤差模型計算導(dǎo)致系統(tǒng)導(dǎo)航誤差發(fā)散的等效地軸方向漂移。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)傳統(tǒng)的位置校正算法基于陀螺漂移為常值的假設(shè)，然而陀螺漂移在長時間導(dǎo) 航時不會保持常值，而是在不斷地發(fā)生變化，因此傳統(tǒng)的位置校正算法擬合出的平臺偏角 和陀螺漂移有較大誤差。本發(fā)明建立了校正時刻一段時間內(nèi)慣導(dǎo)的誤差模型，避免了整個 過程漂移變化帶來的影響，提高了誤差系數(shù)的估計精度。(2)本發(fā)明在修正陀螺漂移時，只針對導(dǎo)致導(dǎo)航誤差發(fā)散的地軸方向陀螺漂移進(jìn) 行，具有準(zhǔn)確、高效、實用、易于實現(xiàn)等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所指的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例中不含位置校正時的位置誤差曲線；圖3為本發(fā)明實施例中不含位置校正時的速度誤差曲線；圖4為本發(fā)明實施例中不含位置校正時的姿態(tài)誤差曲線；圖5為本發(fā)明實施例中進(jìn)行位置校正時的位置誤差曲線；圖6為本發(fā)明實施例中進(jìn)行位置校正時的速度誤差曲線；圖7為本發(fā)明實施例中進(jìn)行位置校正時的姿態(tài)誤差曲線。
具體實施例方式下面以某型激光陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)海上試驗位置校正過程為例來闡述本發(fā)明的具體 實施過程。1、將長時間導(dǎo)航時完整慣導(dǎo)誤差模型在校正時間內(nèi)進(jìn)行簡化，得到短時間內(nèi)簡化 慣導(dǎo)誤差模型如下Δ vE = Bi+Qt+DiCos ω ^+E1Sin ω st (20)Δ νΝ = B2+C2t+D2cos ω St+E2sin ω st (21)ASf =Ax+Bxt + ~ Cxt2 +-D1 sin ω/ + 丄耳(1 - cos w 力(22)
‘2 ω、(osISSn=A2+ B2t + -C2t2+-D2 sin ω, + — ￡2 (1 - cos ω；)(23)
N 2 2 2ω,上式00) 03)中，ω s為舒拉振蕩角速度，Al El，Α2 Ε2為分別為東向北 向速度位置誤差系數(shù)；2、接收到三次外部參考信息得到慣導(dǎo)速度位置誤差分別表示為Δ vEi，ΔνΝ , Δ&” = 1，2，3)，接收時刻分別為廠’ T2, ζ。
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權(quán)利要求
1.一種船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下(1)將長時間導(dǎo)航時完整慣導(dǎo)誤差模型在校正時間內(nèi)進(jìn)行簡化，得到短時間內(nèi)簡化慣 導(dǎo)誤差模型；(2)根據(jù)步驟(1)所建立的短時間內(nèi)簡化慣導(dǎo)誤差模型，利用三次間斷獲得的外部位 置、速度參考信息，得到當(dāng)前時刻慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置誤差、速度誤差，并計算出慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)平臺偏角；(3)在完整慣導(dǎo)誤差模型中，將位置誤差、速度誤差和數(shù)學(xué)平臺偏角造成的影響扣除， 并忽略陀螺漂移造成的舒拉振蕩項，得到無舒拉振蕩條件下由陀螺漂移造成的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤 差方程；(4)將步驟( 計算出數(shù)學(xué)平臺偏角的影響從三次獲得的外部位置、速度參考信息中 扣除，得到由等效陀螺漂移引起的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差；(5)根據(jù)步驟C3)所建立的無舒拉振蕩條件下由陀螺漂移造成的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差方程及 步驟(4)得到由等效陀螺漂移引起的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，若獲得外部參考信息時刻為24h整倍 數(shù)時，則計算導(dǎo)致慣導(dǎo)誤差發(fā)散的等效地軸方向陀螺漂移；(6)根據(jù)步驟(2)及(5)估計得到的慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差、位置誤差、平臺偏角誤差及陀 螺漂移對系統(tǒng)進(jìn)行修正，提高導(dǎo)航精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全新船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其特征在 于所述步驟(1)中的短時間內(nèi)簡化慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全新船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其特征在 于所述步驟(2)計算慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)平臺偏角過程如下接收到三次外部參考信息得到慣導(dǎo)速度位置誤差分別表示為ΔνΕ” ΔνΝ , ASEi, A、i(i = 1，2，3)，接收時刻分別為 ，T2, T3,
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全新船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其特征在 于所述步驟( 計算導(dǎo)致慣導(dǎo)誤差發(fā)散的等效地軸方向陀螺漂移過程如下由于慣導(dǎo)誤 差中，只有經(jīng)度誤差隨時間發(fā)散，因此只建立經(jīng)度誤差方程
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全新船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，其特征在 于所述步驟(6)對漂移的修正采用輸出校正方式，具體修正公式如下
全文摘要
一種船用激光陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置校正方法，將長時間導(dǎo)航時完整慣導(dǎo)誤差模型在校正時間內(nèi)進(jìn)行簡化，得到短時間內(nèi)簡化慣導(dǎo)誤差模型；利用三次間斷獲得的外部位置、速度參考信息，得到當(dāng)前時刻慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置誤差、速度誤差；計算當(dāng)前時刻慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)學(xué)平臺偏角的影響并從三次獲得的外部位置、速度參考信息中扣除，得到由等效陀螺漂移引起的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差；若獲得外部參考信息時刻為24h整倍數(shù)時，則根據(jù)無舒拉振蕩條件下由陀螺漂移造成的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差方程計算導(dǎo)致慣導(dǎo)誤差發(fā)散的等效地軸方向陀螺漂移；利用估計得到的慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差、位置誤差、平臺偏角誤差及陀螺漂移對系統(tǒng)進(jìn)行修正，提高導(dǎo)航精度。
文檔編號G01C25/00GK102109358SQ20101060891
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者張仲毅, 李魁, 楊國梁, 王瑋 申請人:北京航空航天大學(xué)