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1、(10)申请公布号 CN 102221364 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102221364 A *CN102221364A* (21)申请号 201110057414.4 (22)申请日 2011.03.10 G01C 21/16(2006.01) (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 5 号 (72)发明人 付梦印 尚松田 刘彤 (54) 发明名称 一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法 (57) 摘要 本发明涉及一种单轴旋转式捷联惯导系统转 位方法， 属于惯性导航技术领域。 以惯导系统的载 体作为参考坐标系， 控制惯性导航以一定周。
2、期进 行转动， 每个转动周期包括三次旋转过程， 每个转 动周期的第三次旋转中由于载体运动造成的误差 在下一个转动周期进行补偿。 本方法步骤简单， 可 以弥补不隔离载体运动而不能被完全补偿的常值 漂移误差， 较大程度地提高惯导系统精度， 能够在 陆上和水上对运动中载体上安装的旋转式系统进 行常值漂移补偿。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 CN 102221375 A1/1 页 2 1. 一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法， 其特征在于 ： 以惯导系统的载体作为参考 坐标系， 控制惯性导航以一定周。
3、期进行转动， 每个转动周期包括三次旋转过程， 分别为 ： 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 ； 每个转动周期的第三次旋转中由于载体运动造成的误差在下一个转动周期进行补 偿 ； 惯性导航第 N 个转动周期中角度 的计算公式为 其中 为惯导系统的旋转角速度， 为第 N 个转动周期的前两次转动过程中载体的转 动所引起的误差， Ex、 Ey分别为第 N 个转动周期中惯导系统的陀螺在参考坐标系 x 轴和 y 轴 的常值漂移误差， 为第 N 个转动周期中惯性导航相对于参考坐标系的初始角度 ； 在第 (N+1) 个转动周期中。
4、， 惯性导航相对于参考坐标系的初始角度为 ， 也即 +- 第 (N+1) 个转动周期中前两次转动过程中载体的转动所引起的误差为从第 N 个转动周期的第二次旋转结束后算起， 此时 其余转动周期均按照上述方法依次类推， 周而复始地工作。 权 利 要 求 书 CN 102221364 A CN 102221375 A1/4 页 3 一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法 技术领域 0001 本发明涉及一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法， 属于惯性导航技术领域。 技术背景 0002 惯性敏感器件(如陀螺仪、 加速度计等)的误差是惯性导航系统误差的主要来源。 如果单纯从工艺上提高惯性器件的精度， 存在成本高。
5、、 周期长、 技术难度大等问题。采用补 偿惯性敏感器件误差的方法来提高惯性导航系统的性能， 是在现有惯性敏感器件技术水平 基础上实现更高导航精度的一条现实途径。传统的惯性敏感器件误差补偿方法为旋转调 制， 旋转调制的方法是通过在捷联式惯导系统的基础上增加转动和控制机构， 通过翻转或 连续旋转将惯性器件误差调制成某种周期变化的形式， 在导航解算的过程中利用积分运算 自动补偿误差， 从而提高惯导系统精度， 以满足长航时、 高精度的导航要求。 0003 当惯导系统的载体运动时， 旋转调制式系统安装在载体上存在是否隔离载体运动 两种情况。如果转轴没有隔离运动， 当系统旋转的同时载体也在运动， 则系统旋。
6、转整周时， 载体可能没有完成整周的旋转或者已经超过了整周旋转， 使漂移无法完全平均从而残余误 差项影响系统精度。 而隔离载体运动会使系统变得非常复杂， 不利于系统的搭建和解算， 因 此需要采用转位方法弥补不隔离载体运动而不能被完全补偿的常值漂移误差。 0004 目前比较常见的转位方法为四位置转停方法， 通常采用惯导系统在 (-135， +45， +135， -45 ) 的四个位置间循环运动的转位方案来进行常值漂移的自动补偿。控 制转速使每次旋转的时间相同， 以达到常值漂移完全平均的效果。此方法仅在载体静止的 时候能够成立， 当载体运动时， 惯导无法保证整周旋转， 从而无法保证常值漂移能够被完全。
7、 平均。在实际应用中， 载体的运动会导致旋转不能够按照原来设计角度相对地理坐标系转 到指定位置， 致使旋转误差不能被全部补偿， 因此需要一种方法实时补偿载体运动所引起 的误差。 发明内容 0005 本发明的目的是为了消除惯导系统中的载体运动引起的补偿误差， 进一步提高惯 导系统的精度， 提出一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的。 0007 本发明的一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法， 以惯导系统的载体作为参考坐 标系， 控制惯性导航以一定周期进行转动， 每个转动周期包括三次旋转过程， 分别为 ： 0008 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 00。
8、09 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0010 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 ； 0011 每个转动周期的第三次旋转中由于载体运动造成的误差在下一个转动周期进行 补偿 ； 0012 不同转动周期之间的区别在于其中步骤 3) 中角度 的选择， 通过选择合适的角 说 明 书 CN 102221364 A CN 102221375 A2/4 页 4 度 ， 来使每个转动周期之内三次旋转后的常值漂移为零 ； 0013 惯性导航第 N 个转动周期中角度 的计算公式为 0014 0015 其中 为惯导系统的旋转角速度， 为第 N 个转动周期的前两次转动过程中载体 的转动所引起的误差， Ex、。
9、 Ey分别为第 N 个转动周期中惯导系统的陀螺在参考坐标系 x 轴和 y 轴的常值漂移误差， 为第 N 个转动周期中惯性导航相对于参考坐标系的初始角度 ； 0016 上述第 N 个转动周期中角度 的计算过程为 ： 0017 第 N 个转动周期中第一次转动的误差角度为 0018 0019 其中 E为惯导系统的陀螺输出， t 为时间 ； 0020 第 N 个转动周期中第二次转动的误差角度为 0021 0022 第 N 个转动周期中第三次转动的误差角度为 0023 0024 0025 第 N 个转动周期中， 前两次转动过程中载体的转动所引起的误差为 0026 0027 为使三次旋转的常值漂移误差被完。
10、全补偿， 需要使 0028 0029 即 0030 0031 计算得出 0032 0033 使得三次旋转的常值漂移误差被完全补偿 ； 0034 在第 (N+1) 个转动周期中， 惯性导航相对于参考坐标系的初始角度为 ， 也即 说 明 书 CN 102221364 A CN 102221375 A3/4 页 5 0035 +- 0036 第(N+1)个转动周期中前两次转动过程中载体的转动所引起的误差为从第N 个转动周期的第二次旋转结束后算起， 此时 0037 0038 其余转动周期均按照上述方法依次类推， 周而复始地工作。 0039 有益效果 0040 本方法步骤简单， 可以弥补不隔离载体运动而。
11、不能被完全补偿的常值漂移误差， 较大程度地提高惯导系统精度， 能够在陆上和水上对运动中载体上安装的旋转式系统进行 常值漂移补偿。 附图说明 0041 图 1 为本发明的惯性导航在一个转动周期内的旋转过程示意图 ； 0042 图 2 为实施例 1 中采用传统方法的 x 轴误差角度 ； 0043 图 3 为实施例 1 中本发明方法的 x 轴误差角度 ； 0044 图 4 为实施例 1 中采用传统方法的 y 轴误差角度 ； 0045 图 5 为实施例 1 中本发明方法的 y 轴误差角度 ； 0046 图 6 为实施例 2 中采用传统方法的 x 轴误差角度 ； 0047 图 7 为实施例 2 中本发明。
12、方法的 x 轴误差角度 ； 0048 图 8 为实施例 2 中采用传统方法的 y 轴误差角度 ； 0049 图 9 为实施例 2 中本发明方法的 y 轴误差角度。 具体实施方式 0050 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 0051 一种单轴旋转式捷联惯导系统转位方法， 以惯导系统的载体作为参考坐标系， 控 制惯性导航以一定周期进行转动， 每个转动周期包括三次旋转过程， 如图 1 所示， 分别为 ： 0052 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 0053 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0054 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 ； 0055 惯性导航第 N 个转动周期。
13、中角度 的计算公式为 0056 0057 实施例 1 0058 将本方法应用于某陆用单轴旋转式捷联惯导系统 ； 惯导系统中陀螺精度为 0.01 /h， 陀螺零偏为 0.1 /h， 捷联惯导系统旋转角速度 为 18 /s， 惯导和载体的初 始方向均为北 ； 载体的运动过程如下 ： 0059 第一步， 以 30 /s 的速度向左转 90， 停 35s ； 0060 第二步， 以 25 /s 的速度向右转 100， 停 25s ； 说 明 书 CN 102221364 A CN 102221375 A4/4 页 6 0061 第三步， 以 35 /s 的速度向右转 210， 停 10s。 0062 。
14、惯导系统的运动过程中前三个转动周期运动如下 ： 0063 第一个转动周期中的三次旋转过程分别为 ： 0064 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 0065 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0066 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 72.89 ； 0067 第二个转动周期中的三次旋转过程分别为 ： 0068 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 0069 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0070 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 198.17 ； 0071 从第三个转动周期之后不再列举 ； 0072 采用传统方法和采用本发明方法的 x 轴误差角度分别如图 2 和图。
15、 3 所示 ； 0073 采用传统方法和采用本发明方法的 y 轴误差角度分别如图 4 和图 5 所示 ； 0074 从图 2 至图 5 可以看出， 采用本方法能够使误差角度保持在 0 附近震荡， 而采用传 统方法的误差角度依旧随着载体的运动渐渐发散。 0075 实施例 2 0076 将本方法应用于某水上单轴旋转式捷联惯导系统 ； 惯导系统中陀螺精度为 0.01 /h， 陀螺零偏为 0.1 /h， 捷联惯导系统旋转角速度 为 18 /s， 惯导和载体的初 始方向均为北 ； 载体的运动过程如下 ： 0077 第一步， 以 30 /s 的速度向左转 90， 停 35s ； 0078 第二步， 以 2。
16、5 /s 的速度向右转 100， 停 25s ； 0079 第三步， 以 35 /s 的速度向右转 210， 停 10s。 0080 惯导系统的运动过程中前三个转动周期运动如下 ： 0081 第一个转动周期中的三次旋转过程分别为 ： 0082 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 0083 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0084 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 26.01 ； 0085 第二个转动周期中的三次旋转过程分别为 ： 0086 1) 控制惯性导航逆时针旋转 180 ； 0087 2) 控制惯性导航顺时针旋转 360 ； 0088 3) 控制惯性导航逆时针旋转角度 1。
17、41.11 ； 0089 从第三个转动周期之后不再列举 ； 0090 采用传统方法和采用本发明方法的 x 轴误差角度分别如图 6 和图 7 所示 ； 0091 采用传统方法和采用本发明方法的 y 轴误差角度分别如图 8 和图 9 所示 ； 0092 从图 6 至图 9 可以看出， 采用本方法能够将误差角度控制在 0 附近趋近收敛， 而采 用传统方法的误差角度不会收敛， 而是随着载体的运动渐渐发散。 0093 以上所述为本发明的较佳实施例而已， 本发明不应该局限于该实施例和附图所公 开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改， 都落入本发明保护的范 围。 说 明 书 CN 102221364 A CN 102221375 A1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102221364 A CN 102221375 A2/4 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102221364 A CN 102221375 A3/4 页 9 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102221364 A CN 102221375 A4/4 页 10 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 102221364 A 。