旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

光纤陀螺,导航 论文

第15卷第3期 中国惯性技术学报 Vol.15 No.3 2007年6月 Journal of Chinese Inertial Technology Jun. 2007 文章编号：1005-6734(2007)03-0265-04

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

王 其，徐晓苏

（东南大学 仪器科学与工程学院，南京 210096）

摘要：惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度，为了提高捷联系统的精度，以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象，采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法，把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号，通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差，从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度，并进行了系统仿真实验。仿真结果表明：经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。

关 键 词：捷联航姿系统；双轴旋转；光纤陀螺仪；惯性测量单元 中图分类号：U666.1

文献标识码：A

Application of IMU rotation in FOG strapdown attitude

and heading reference system

WANG Qi, XU Xiao-su

(School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Abstract: The high accuracy of Strapdown Inertial Navigation System is greatly attributed to the precision of inertial measurement unit (IMU). Dual–axis IMU rotation method which modulated the IMU random drift error into periodical variable sine signal was applied in the ship Fiber Optic Gyroscope (FOG) Strapdown Attitude and Heading Reference System for improving the navigation accuracy of SINS. The randon drift error can be eliminated effectively with the integration of strapdown attitude algorithm. The simulation experiments of the system were carried out which show that the drift error is reduced greatly by the method. Dual-axis IMU rotation method is effective in eliminating the IMU drift error and improving the strapdown inertial attitude and heading reference system precision. Key words: strapdown attitude and heading reference system; dual-axis rotation; FOG; inertial measurement unit

光纤陀螺仪和加速度计的漂移一般可分为常值漂移和随机漂移两部分，其中常值漂移可以事先给予补偿。但实际上常值漂移也不是一成不变的。IMU的常值漂移变化包括逐次启动误差漂移变化，即在一次启动后随着陀螺仪和加速度计运转时间的延长，IMU的常值漂移量也在作缓慢的变化。对于舰船用导航仪器而言，由于工作时间比较长，IMU的逐次启动漂移必须予以考虑。但是如果单纯从惯性仪表的材料、加工和装配等方面提高IMU元件本身的精度，则系统成本较高，开发周期较长，所以必须采用多种方法来提高系统精度。

在传统的捷联式惯性导航系统中，惯性元件与运动载体固联，它们之间没有相对运动，本文提出将安装有加速度计和陀螺的惯测量单元(IMU)绕着IMU自身坐标系的三个相互垂直轴中的两个轴连续旋转的方法，经过旋转后惯性元件的输出误差偏置将沿着载体轴做周期性的变化。新的捷联导航算法与传统的捷联算法不同，基于双轴旋转IMU捷联 收稿日期：2007-01-22；修回日期：2007-04-27

基金项目：“十一五”总装备部预研项目(51309020503)；国家自然科学基金项目(50575042)；教育部博士点专项科研基金

项目(20050286026)

作者简介：王其（1981—），男，博士生，研究方向为导航、制导与控制。E-mail：wangqiseu@163.com 联 系 人：徐晓苏（1961—），男，教授，博士生导师，从事惯性技术及其应用研究。E-mail：xxs@seu.edu.cn

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