捷联惯导系统最简多位置解析对准

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1、2015年9月北京航空航天大学学报September2015第41卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．9http：ffbhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0033捷联惯导系统最简多位置解析对准谭彩铭，王宇，苏岩+，朱欣华(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：传统的多位置解析对准方法一般要求将

2、捷联惯导系统(SINS)安装在一个伺服平台上并绕天向轴旋转90。或180。，这对工程带来不便，且伺服平台的精度会影响多位置解析对准的精度．针对这一问题，提出最简多位置解析对准方法，指出任意两位置是实现SINS多位置解析对准所需的最小条件，即通常理论上任意两位置可解算出惯性测量单元(IMU)的常值偏置，给出了计算方法，并通过仿真实例加以说明和验证，可以作为一种简易初始对准或现场标定方法．另外通过解析方法指出在特殊姿态下，某单一轴向的加速度计常值偏置或陀螺常值漂移可以直接被较好地估计出来，结论可用于

3、进一步改进多位置对准方法．关键词：多位置对准；解析对准；常值偏置；初始对准；捷联惯导系统(SINS)中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)09．1645-06初始对准是捷联惯导系统(SINS)的关键技术之一，对准精度和时间直接影响到导航系统的快速反应能力和它后续的导航解算精度¨。3o．静基座捷联惯导系统可观测性较差，初始对准的快速性和精度都将会受到影响。4’51．在静基座对准的基础上，采用多位置对准技术可以估计出加速度计偏置和东向陀螺漂移，提高初始对准的精

4、度扣。71．根据所使用信息量的不同，这里将多位置对准分为两类：多位置解析对准和多位置精对准．多位置解析对准旧圳方法只使用停止状态下的惯性传感器输出数据，转动过程中的数据不使用，通过精密转动机构绕天向轴转过一个或多个特定角度(如900或180。)，然后根据各静止位置间的解析关系补偿掉惯性传感器的偏置误差；多位置精对准。10。”1方法使用整个停止和转动过程中的惯性传感器输出数据，进行捷联惯导解算，同时采用卡尔曼滤波等算法，估计出惯性测量单元(IMU)的偏置和姿态．传统的多位置解析对准方法一般要求SI

5、NS绕天向轴旋转90。或180。，这就需要将SINS安装在一个伺服平台上，以实现90。或180。的转动，这对工程带来不便，且伺服平台的精度会影响多位置解析对准的精度．本文对多位置解析对准所需最小条件进行了讨论，指出理论上任意两位置即可解算出IMU的偏置，给出了解析计算方法，通过仿真实例加以说明和验证，它可以作为一种简易初始对准或现场标定方法；另外通过解析方法指出在特殊姿态下，某单一轴向的加速度计常值偏置或陀螺常值漂移可以直接被较好地估计出来，这为改进多位置初始对准方法提供理论支持．1任意两位置解

6、析对准1．1理论分析IMU是捷联惯导系统的主要组成部分．它由收稿日期：2015-01．19；录用日期：2015-02—17；网络出版时间：2015-04-0115：50网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150401．1550．001．html基金项目：国家自然科学基金青年科学基金(61301021)作者简介：谭彩铭(1987一)，男，江苏句容人，博士研究生，tancm314@hotmail．comt通讯作者：苏岩(1967一)，男，江苏苏州人

7、，教授，suyan@mail．njust．edu．cn，主要研究方向为MEMS传感技术引用格式：谭彩铭，王字，苏岩，等．捷联惯导系统最简多位置解析对准ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41(9)：1645-1650．TanCM，WangY，SuY，eta1．Thesimplestmulti-positlonanalyticalignmentforSINSfJJ．JournalofBeijingUniversityofAero-nautiesandAstronautics，2015，41(9)

8、：1645—1650(inChinese)．1646北京航空航天大学学报2015年互相重合的三轴陀螺和三轴加速度计组成，记三轴陀螺的输出为w=[叫，，们，，叫：]’1’，三轴加速度计的输出为，=[正，工，正]1’．若基座完全静止，IMU受且仅受地球自转和重力作用．地球自转角速度大小为伽∽重力加速度值为g，IMU所在地球纬度为L．设三轴陀螺的输出误差△’．，=[Aw。，Aw，，Aw：]1’，三轴加速度计的输出误差为Ⅳ=[馘，馘，馘]’1。．将当地东北天地理坐标系作为导航坐标系(简记为n系)，IMU