专利名称：一种船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法
技术领域：
本发明涉及一种新型、高效、实用的船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，可 应用于其它类型的水面/水下运载体的惯性导航系统中，属于惯性导航领域。
背景技术：
惯性导航系统具有全自主、高隐蔽性、高带宽、连续输出等特点，在国防上具有战 略意义，是航空、航天、航海等领域中最重要的设备之一。船用应用环境中，常要求惯导系统连续工作几天甚至更长时间，由于陀螺漂移等 原因会使惯导系统逐渐失去导航功能。提高惯导系统长时间导航精度可采取两方面措施 (1)提高惯性器件精度，然而提高惯性器件精度往往需要付出较大的代价，成本也将大大提 高；(2)采取适当的系统级算法，在有外部参考信息时对系统进行校正(可用外部参考信息 一般为位置和速度)，将惯导误差限制在一定的范围之内。传统的位置校正算法有两种类 型一种是在有参考信息时只校正位置和速度，这种方法只需一次有效的外部参考信息即 可实现，因此简单方便，然而却不能抑制惯导误差的舒拉振荡(导航误差的一种周期性振 荡)，也不能从根本上解决陀螺漂移带来的惯导误差发散问题；另一种方案基于陀螺漂移 为常值的假设，利用惯导误差模型拟合出平台偏角和陀螺漂移，并修正位置和速度。然而陀 螺漂移在长时间导航时不会保持常值，而是在不断地发生变化，因此拟合出的平台偏角有 较大误差。

发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有船用惯导系统位置校正算法在处理变化的陀 螺漂移等问题上的弊端，能更准确地拟合出舒拉振荡的参数以及导致导航误差发散的地轴 方向陀螺漂移，具有准确、高效、实用、易于实现等特点。本发明的技术解决方案是一种船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其实 现步骤如下(1)将长时间导航时完整惯导误差模型在校正时间内进行简化，得到短时间内简 化惯导误差模型；(2)根据步骤⑴所建立的短时间内惯导误差模型短时间内简化惯导误差模型， 利用三次间断获得的外部位置、速度参考信息，得到当前时刻惯导系统的位置误差、速度误 差，并计算出惯导系统的数学平台偏角；(3)在完整惯导误差模型中，将位置误差、速度误差和数学平台偏角造成的影响扣 除，并忽略陀螺漂移造成的舒拉振荡项，得到无舒拉振荡条件下由陀螺漂移造成的惯导系 统误差方程；(4)将步骤( 计算出数学平台偏角的影响从三次获得的外部位置、速度参考信 息中扣除，得到由等效陀螺漂移引起的惯导系统误差；(5)根据步骤C3)所建立的无舒拉振荡条件下由陀螺漂移造成的惯导系统误差方程及步骤(4)得到由等效陀螺漂移引起的惯导系统误差，若获得外部参考信息时刻为Mh 整倍数时，则计算导致惯导误差发散的等效地轴方向陀螺漂移；(6)根据步骤( 及( 估计得到的惯导系统速度误差、位置误差、平台偏角误差 及陀螺漂移对系统进行修正，提高导航精度。本发明的原理是通过运载体在Ih内间隔3次获取外部参考位置、速度信息，结合 惯导系统短时间误差模型，可以拟合出当前时刻惯导系统舒拉振荡系数，若校正时刻发生 在24h整倍数附近，则可根据误差模型计算导致系统导航误差发散的等效地轴方向漂移。本发明与现有技术相比的优点在于(1)传统的位置校正算法基于陀螺漂移为常值的假设，然而陀螺漂移在长时间导 航时不会保持常值，而是在不断地发生变化，因此传统的位置校正算法拟合出的平台偏角 和陀螺漂移有较大误差。本发明建立了校正时刻一段时间内惯导的误差模型，避免了整个 过程漂移变化带来的影响，提高了误差系数的估计精度。(2)本发明在修正陀螺漂移时，只针对导致导航误差发散的地轴方向陀螺漂移进 行，具有准确、高效、实用、易于实现等特点。


图1为本发明所指的惯性导航系统位置校正方法流程图；图2为本发明实施例中不含位置校正时的位置误差曲线；图3为本发明实施例中不含位置校正时的速度误差曲线；图4为本发明实施例中不含位置校正时的姿态误差曲线；图5为本发明实施例中进行位置校正时的位置误差曲线；图6为本发明实施例中进行位置校正时的速度误差曲线；图7为本发明实施例中进行位置校正时的姿态误差曲线。
具体实施例方式下面以某型激光陀螺惯导系统海上试验位置校正过程为例来阐述本发明的具体 实施过程。1、将长时间导航时完整惯导误差模型在校正时间内进行简化，得到短时间内简化 惯导误差模型如下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为舒拉振荡角速度，Al El，Α2 Ε2为分别为东向北 向速度位置误差系数；2、接收到三次外部参考信息得到惯导速度位置误差分别表示为Δ vEi，ΔνΝ , Δ&” = 1，2，3)，接收时刻分别为厂’ T2, ζ。
若令 Zj
权利要求
1.一种船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其特征在于实现步骤如下(1)将长时间导航时完整惯导误差模型在校正时间内进行简化，得到短时间内简化惯 导误差模型；(2)根据步骤(1)所建立的短时间内简化惯导误差模型，利用三次间断获得的外部位 置、速度参考信息，得到当前时刻惯导系统的位置误差、速度误差，并计算出惯导系统的数 学平台偏角；(3)在完整惯导误差模型中，将位置误差、速度误差和数学平台偏角造成的影响扣除， 并忽略陀螺漂移造成的舒拉振荡项，得到无舒拉振荡条件下由陀螺漂移造成的惯导系统误 差方程；(4)将步骤( 计算出数学平台偏角的影响从三次获得的外部位置、速度参考信息中 扣除，得到由等效陀螺漂移引起的惯导系统误差；(5)根据步骤C3)所建立的无舒拉振荡条件下由陀螺漂移造成的惯导系统误差方程及 步骤(4)得到由等效陀螺漂移引起的惯导系统误差，若获得外部参考信息时刻为24h整倍 数时，则计算导致惯导误差发散的等效地轴方向陀螺漂移；(6)根据步骤(2)及(5)估计得到的惯导系统速度误差、位置误差、平台偏角误差及陀 螺漂移对系统进行修正，提高导航精度。
2.根据权利要求1所述的全新船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其特征在 于所述步骤(1)中的短时间内简化惯导系统误差模型如下
3.根据权利要求1所述的全新船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其特征在 于所述步骤(2)计算惯导系统的数学平台偏角过程如下接收到三次外部参考信息得到惯导速度位置误差分别表示为ΔνΕ” ΔνΝ , ASEi, A、i(i = 1，2，3)，接收时刻分别为 ，T2, T3,
4.根据权利要求1所述的全新船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其特征在 于所述步骤( 计算导致惯导误差发散的等效地轴方向陀螺漂移过程如下由于惯导误 差中，只有经度误差随时间发散，因此只建立经度误差方程
5.根据权利要求1所述的全新船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，其特征在 于所述步骤(6)对漂移的修正采用输出校正方式，具体修正公式如下
全文摘要
一种船用激光陀螺惯性导航系统位置校正方法，将长时间导航时完整惯导误差模型在校正时间内进行简化，得到短时间内简化惯导误差模型；利用三次间断获得的外部位置、速度参考信息，得到当前时刻惯导系统的位置误差、速度误差；计算当前时刻惯导系统数学平台偏角的影响并从三次获得的外部位置、速度参考信息中扣除，得到由等效陀螺漂移引起的惯导系统误差；若获得外部参考信息时刻为24h整倍数时，则根据无舒拉振荡条件下由陀螺漂移造成的惯导系统误差方程计算导致惯导误差发散的等效地轴方向陀螺漂移；利用估计得到的惯导系统速度误差、位置误差、平台偏角误差及陀螺漂移对系统进行修正，提高导航精度。
文档编号G01C25/00GK102109358SQ20101060891
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者张仲毅, 李魁, 杨国梁, 王玮 申请人:北京航空航天大学