基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103175528A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103175528103175528A(43)申请公布日2013.06.26(21)申请号201310053339.3(22)申请日2013.02.19(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人奔粤阳谢松霖李倩高伟张义于飞鲍桂清徐文佳卢宝峰杨娇龙(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法(57)摘要本发明提供一种基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法。利用一套惯性测量组件信息，所述的惯性测量组件包括加速度计和陀螺，在导航计算机内运行捷联惯导系统、捷联罗经系统程序，分别建立捷联惯导系统、捷联罗经系统数学平台，利用捷联惯导系统输出速度和纬度补偿船舶速度、纬度和加速度对于捷联罗经系统的影响。本发明的方法不需引入外部速度参考设备，如电磁计程仪、多普勒计程仪，因此具有成本低、使用方便等优势。CN103175528ACN1037528ACN103175528A权利要求书1/1页1.一种基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法，其特征是包括如下步骤：步骤1：预热惯性测量组件，所述惯性测量组件包括加速度计和陀螺；步骤2：惯性测量装置测量数据实时输出，加速度计输出比力fb，陀螺输出角速度步骤3：在同一套惯性测量装置测量数据的支持下，在导航计算机内并行运行捷联惯导系统和捷联罗经系统程序分别建立捷联惯导系统、捷联罗经系统数学平台；步骤4：捷联惯导系统实时输出捷联惯导系统速度信息和纬度信息步骤5：捷联罗经系统将加速度计输出比力fb实时投影到导航坐标系上得到fp；步骤6：对步骤5得到的fp进行实时补偿，得到fp的补偿值步骤7：利用罗经工作原理，由步骤6得到的测量得到捷联罗经修正角速度ωc；步骤8：由步骤4中，捷联惯导系统实时输出速度信息和纬度信息测量牵连角速度和地球角速度步骤9：捷联罗经系统将步骤8中牵连角速度和地球角速度实时投影到载体坐标系上得到和步骤10：由步骤2中陀螺输出角速度步骤9中和实时测量捷联罗经系统数学平台转动角速度步骤11：利用实时解算捷联罗经系统数学平台所对应的捷联矩阵；步骤12：捷联罗经系统实时输出姿态信息。2.根据权利要求1所述的基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法，其特征是对fp进行实时补偿的方法包括：其中即Ap可由捷联惯导系统输出速度的差分得到。3.根据权利要求1或2所述的基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法，其特征是牵连角速度和地球角速度的测量过程为：其中[]T表示转置，表示捷联惯导系统速度信息在地理坐标系p系的东向和北向速度分量，可由捷联惯导系统直接输出；为船舶当地的纬度值。2CN103175528A说明书1/4页基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种捷联罗经的导航方法。背景技术[0002]在船舶导航系统中，捷联罗经系统是提供航向和水平姿态的捷联惯性系统。罗经系统是一种利用罗经效应原理调整水平姿态、方位角的一种捷联惯性系统工作方案。由于罗经效应的存在，那么在方位误差角的作用下，水平误差角会受到额外的影响。罗经系统利用此种耦合关系，调整水平姿态、方位角。[0003]为了确保航向和水平姿态不振荡发散，常用的捷联罗经系统算法仍然沿用平台罗经原理。罗经方案主要应用在静基座情况下，通过加速度计测得的比力信息，然后经罗经回路，可以计算出修正角速率然后把计算出来和修正角速率以及平台对惯性系角速率在机体坐标系上的分量从惯性器件所测角速率中补偿掉，最后利用补偿后的角速率就可以进行姿态解算，实时的输出载体的姿态信息。[0004]但是在动基座情况下，比力信息并不能直接用于修正角速率的计算，因为此时存在着外速度的干扰，但是罗经系统本身并不能输出速度信息，所以我们必须设计方案把外速度的有害干扰信息从比力信息中补偿掉，然后再进行解算。[0005]针对这个问题，较为传统的方法是完成罗经对准后，从所得到的航向角中直接补偿速度对航向的影响。当然，目前也有不少人提出新方法，如鲍宏杨在《南通航运职业技术学院学报》上发表的《GPS/SINS组合姿态解算的捷联陀螺罗经研究》，经张俊在《中国惯性技术学报》上发表的《捷联罗经的动基座自对准技术》。[0006]传统的方法在航向解算结束后才补偿有害加速度，造成的误差过大，并且不满足实时进行姿态解算的要求；新提出的2种方法虽然在解算前补偿了有害加速度，但是均依靠了GPS或计程仪等外部设备，由于采样不同步和设