一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法。本發(fā)明包括：采集無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)9個(gè)加速度計(jì)的輸出信號(hào)；根據(jù)GPS輸出，獲取當(dāng)?shù)鼐暥?；?jì)算當(dāng)?shù)氐慕^對(duì)重力值；將系統(tǒng)安裝在靜基座上，使其處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速度計(jì)只能敏感重力，記錄此時(shí)的加速度計(jì)輸出，并根據(jù)系統(tǒng)的線速度方程，計(jì)算重力對(duì)系統(tǒng)的初始誤差轉(zhuǎn)換矩陣；計(jì)算系統(tǒng)的角速度；計(jì)算重力補(bǔ)償值；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重力補(bǔ)償。本發(fā)明提出一種新的重力估計(jì)方法，在導(dǎo)航中進(jìn)行重力補(bǔ)償，可有效的消除重力對(duì)加速度計(jì)測量結(jié)果的影響，并且計(jì)算簡單，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)計(jì)算造成壓力，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的重力補(bǔ)償。
【專利說明】一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)(gyro-freeinertial navigation system, GFINS), GFINS 是一種采用全加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)普通慣性導(dǎo)航系統(tǒng)功能的新型導(dǎo)航系統(tǒng)，具有成本低、體積小、可靠性高、動(dòng)態(tài)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。采用加速度計(jì)取代陀螺儀作為測角慣性元件的思想由來已久，由于當(dāng)時(shí)慣性元件制造工藝所限，GFINS并未得到實(shí)際應(yīng)用。近年來隨著加速度計(jì)制造水平的不斷提高，GFINS又重新得到了研究人員的重視。并且應(yīng)用范圍越來越廣，例如在生物領(lǐng)域，由于GFINS體積小，可以應(yīng)用在生在機(jī)器人的機(jī)械手臂上，用來測手臂的位置和旋轉(zhuǎn)角度。GFINS也存在不足之處。如果系統(tǒng)做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)或幾種運(yùn)動(dòng)結(jié)合時(shí)，由于GFINS只由加速度計(jì)組成，在測量時(shí)就無法把重力和慣性力區(qū)分開來，如果不進(jìn)行重力補(bǔ)償，會(huì)影響加速度計(jì)的輸出，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地提高九加速度計(jì)無陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度的九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005](I)采集無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)9個(gè)加速度計(jì)的輸出信號(hào)；
[0006](2)根據(jù)GPS輸出，獲取當(dāng)?shù)鼐暥萈;
[0007](3)計(jì)算當(dāng)?shù)氐慕^對(duì)重力值
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于: (1)采集無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)9個(gè)加速度計(jì)的輸出信號(hào)； (2)根據(jù)GPS輸出，獲取當(dāng)?shù)鼐曭疺 (3)計(jì)算當(dāng)?shù)氐慕^對(duì)重力值g = +0.051799 xsiir^) 其中，gQ = 9.78049，妒為當(dāng)?shù)鼐暥龋? (4)將系統(tǒng)安裝在靜基座上，使其處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速度計(jì)只能敏感重力，記錄此時(shí)的加速度計(jì)輸出，并根據(jù)系統(tǒng)的線速度方程，計(jì)算重力對(duì)系統(tǒng)的初始誤差轉(zhuǎn)換矩陣F ； (5)計(jì)算系統(tǒng)的角速度ωχ,COy, ωζ，獲取旋轉(zhuǎn)矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(1)中，采集無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)9個(gè)加速度計(jì)的輸出信號(hào)，9個(gè)加速度計(jì)分別為Ai,安裝位置向量為Ui,敏感方向向量Qi，其中i = 1，2，…，9，加速度計(jì)的安裝位置向量Ui為
U1 = [I O 0]T, U2 =[0 1 0]T, U3 = [O O 1]τ
U4 = [-1 O 0]T, U5 = [O -1 0]τ, U6 =[0 0 -1]τ
U7 = [1-1 0]τ, U8 =[10 -1]τ, U9 =[0 1 -1]τ 其中，I為安裝臂長，即加速度計(jì)安裝位置相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，敏感方向向量Qi為 Θ ! = [I O 0]τ, Θ 2 = [O I 0]τ, Θ 3 = [O O 1]τ Θ 4 = [-1 O ο]τ, θ 5 = [O -1 ο]τ, θ 6 = [O O -ι]τ θ 7 = [I I O] , θ 8 = [I O I] , θ 9 = [O I I] 根據(jù)Ui, θ i和載體非質(zhì)心處在載體系上的比力方程，得到9個(gè)加速度計(jì)的輸出
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(4)中，將系統(tǒng)安裝在靜基座上，計(jì)算重力對(duì)系統(tǒng)的初始誤差轉(zhuǎn)換矩陣； 根據(jù)步驟(1)中的九個(gè)加速度計(jì)輸出方程，獲得系統(tǒng)質(zhì)心處三個(gè)方向的線速度:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟(5)中，計(jì)算系統(tǒng)的角速度ωχ，coy，ωζ，獲取旋轉(zhuǎn)矩陣Ω 根據(jù)步驟(1)中的九個(gè)加速度計(jì)輸出方程，獲得系統(tǒng)質(zhì)心處得角速度ωχ，Wy, ωζ

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(6)中，實(shí)時(shí)的重力測量值根據(jù)初始的重力值和和轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算，旋轉(zhuǎn)矩陣將慣性坐標(biāo)系上的重力值轉(zhuǎn)換到當(dāng)前的載體坐標(biāo)系上，重力補(bǔ)償值為
gt>0 = Ω XFXgt<0 其中，g =Ggx gy gzJ>oo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種九加速度計(jì)無陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法，其特征在于，在步驟(7)中，根據(jù)步驟(6)中計(jì)算的重力補(bǔ)償值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重力補(bǔ)償，系統(tǒng)質(zhì)心處的線速度為f，則補(bǔ)償后的系統(tǒng)的線速度f。為
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK103900614SQ201410131245
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】周廣濤, 姜鑫, 孫艷濤, 趙博, 郝勤順, 夏秀瑋, 于春陽, 趙維珩, 李佳璇, 林萌萌 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)