专利名称：消除水下运载体捷联惯导系统杆臂效应误差的对准方法
技术领域：
本发明涉及的是一种导航领域的对准方法。
背景技术：
捷联惯性导航系统由于具有较高的精度、良好的可靠性、较低的成本等特点，使其 在航天、航空和航海等领域得到了广泛的应用，尤其是水下运载体。水下运载体捷联惯导系 统在投入使用以前首先要进行初始对准，其目的是确定载体在初始时刻的姿态。初始对准 直接影响着捷联惯导系统的精度和反应时间，因此，必须快速而准确地进行捷联惯导系统 的初始对准。船舶在航行时会受到阵风、洋流、海浪等的干扰，使得水下运载体捷联惯导系统的 初始对准变得非常复杂，因而很难有效地完成自对准。在现代化的船舶上通常都安装有精 度较高的主惯导系统，而传递对准就是指载体在航行时，载体上需要对准的子惯导系统利 用已对准好的主惯导系统的计算或测量信息进行初始对准的过程。因此，传递对准成为了 解决水下运载体捷联惯导系统初始对准问题的主要方法。在传递对准的实际应用中，认为主惯导系统安装在载体的摇摆中心，而通常子惯 导系统没有安装在载体的摇摆中心，甚至距摇摆中心有较长的距离，因此主、子惯导系统中 的加速度计会敏感到不同的加速度，从而引起加速度计测量差异，即传递对准中的杆臂效 应。为了提高水下运载体捷联惯导系统传递对准的对准精度，必须通过一定的补偿方法对 杆臂效应所引起的误差进行补偿以消除其对系统对准的影响。

发明内容
本发明的目的在于提供一种提高水下运载体捷联惯导系统初始对准的精度的消 除水下运载体捷联惯导系统杆臂效应误差的对准方法。本发明的目的是这样实现的本发明消除水下运载体捷联惯导系统杆臂效应误差的对准方法，其特征是(1)将水下运载体捷联惯导系统与船舶中心高精度的惯导系统相连接；(2)把船舶中心高精度的惯导系统作为主惯导系统，且使其完成初始对准并进入 导航状态；(3)把水下运载体捷联惯导系统作为子惯导系统，使其采集加速度计和陀螺仪输 出的数据；(4)将主惯导系统的初始速度参数、初始位置参数装订至子惯导系统的导航计算 机中；(5)将主惯导系统输出的姿态信息传输给子惯导系统，粗略计算出子惯导系统的 初始姿态，完成主、子惯导系统间的一步传递；(6)子惯导系统根据步骤(3)采集到的加速度计和陀螺仪输出的数据以及步骤 (4)与步骤(5)得到的初始速度、初始位置和初始姿态进行导航递推解算，计算子惯导系统的速度，然后计算子惯导系统Z轴方向上的姿态角；(7)建立以主子惯导系统之间的速度误差、姿态误差以及杆臂长度为状态变量的 卡尔曼滤波状态方程；(8)将主惯导系统输出的速度进行修正后与步骤(6)得到的子惯导系统的速度作 差，以及步骤(6)得到的子惯导系统Z轴方向上的姿态角与主惯导系统Z轴方向上的姿态 角之间的差值作为观测量，采用卡尔曼滤波方法估计出主惯导系统导航坐标系η与子惯导 系统导航坐标系η'之间的失准角；(9)利用步骤(8)估计出来的失准角对子惯导系统的姿态矩阵进行修正，得到水 下运载体准确的初始姿态角，完成系统的初始对准。本发明的优势在于不仅能够有效地解决杆臂效应误差补偿的问题，还能提高水 下运载体捷联惯导系统初始对准的对准精度。


图1为本发明的为本发明的流程图；图2为本发明的杆臂效应误差的原理图；图3为X轴杆臂长度的误差曲线；图4为Y轴杆臂长度的误差曲线；图5为Z轴杆臂长度的误差曲线；图6为东向失准角的估计误差曲线；图7为北向失准角的估计误差曲线；图8为方位失准角的估计误差曲线。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 2，本发明方法的步骤为1、将水下运载体捷联惯导系统与舰船中心高精度的惯导系统通过数据传输电缆 相连接；2、舰船中心高精度的惯导系统捷作为主惯导系统已经完成初始对准并进入导航 状态；3、将水下运载体捷联惯导系统作为子惯导系统，预热准备后，采集加速度计和陀 螺仪输出的数据；4、通过数据传输电缆将主惯导系统的初始速度参数、初始位置参数(包括初始的 经度和纬度)装订至子惯导系统的导航计算机中；5、将主惯导系统输出的姿态信息传输给子惯导系统，粗略计算出子惯导系统的初 始姿态，完成主、子惯导系统间的一步传递；6、子惯导系统根据步骤3采集到的加速度计和陀螺仪输出的数据以及步骤4与步 骤5得到的初始速度、初始位置和初始姿态进行导航递推解算，计算子惯导系统的速度，然 后计算子惯导系统Z轴方向上的姿态角；7、建立以主子惯导系统之间的速度误差、姿态误差以及杆臂长度为状态变量的卡尔曼滤波状态方程；卡尔曼滤波状态方程为
权利要求
消除水下运载体捷联惯导系统杆臂效应误差的对准方法，其特征是(1)将水下运载体捷联惯导系统与船舶中心高精度的惯导系统相连接；(2)将船舶中心高精度的惯导系统作为主惯导系统，且使其完成初始对准并进入导航状态；(3)将水下运载体捷联惯导系统作为子惯导系统，使其采集加速度计和陀螺仪输出的数据；(4)将主惯导系统的初始速度参数、初始位置参数装订至子惯导系统的导航计算机中；(5)将主惯导系统输出的姿态信息传输给子惯导系统，粗略计算出子惯导系统的初始姿态，完成主、子惯导系统间的一步传递；(6)子惯导系统根据步骤(3)采集到的加速度计和陀螺仪输出的数据以及步骤(4)与步骤(5)得到的初始速度、初始位置和初始姿态进行导航递推解算，计算子惯导系统的速度，然后计算子惯导系统Z轴方向上的姿态角；(7)建立以主子惯导系统之间的速度误差、姿态误差以及杆臂长度为状态变量的卡尔曼滤波状态方程；(8)将主惯导系统输出的速度进行修正后与步骤(6)得到的子惯导系统的速度作差，以及步骤(6)得到的子惯导系统Z轴方向上的姿态角与主惯导系统Z轴方向上的姿态角之间的差值作为观测量，采用卡尔曼滤波方法估计出主惯导系统导航坐标系n与子惯导系统导航坐标系n′之间的失准角；(9)利用步骤(8)估计出来的失准角对子惯导系统的姿态矩阵进行修正，得到水下运载体准确的初始姿态角，完成系统的初始对准。
全文摘要
本发明的目的在于提供消除水下运载体捷联惯导系统杆臂效应误差的对准方法。首先连接主、子惯导系统，然后将主惯导系统的初始速度参数、初始位置参数装订至子惯导系统的导航计算机中，接着粗略计算出子惯导系统的初始姿态，完成主、子惯导系统间的一步传递，利用卡尔曼滤波估计失准角，最后对子惯导系统的姿态矩阵进行修正，得到水下运载体准确的初始姿态角，完成系统的初始对准。本发明不仅能够有效地解决杆臂效应误差补偿的问题，还能提高水下运载体捷联惯导系统初始对准的对准精度。
文档编号G01C21/18GK101963513SQ20101027097
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者于强, 周广涛, 奔粤阳, 孙枫, 徐博, 曹通, 王伟, 王武剑, 胡丹, 高伟 申请人:哈尔滨工程大学