一種mems等效單軸旋轉慣導的構造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及旋轉慣性導航領域，特別是旋轉慣導的構造方法。 技術背景
[0002] 隨著MEMS慣性技術的發展，MEMS慣性測量系統以低成本、小體積，集成化、低功耗， 抗高沖擊，又可大批量生產的優勢，成為各種戰術武器制導系統的首選，但由MEMS慣性器件 構造的的捷聯測量系統，其姿態精度主要取決于陀螺儀漂移，并且精度較低。
[0003] 通過慣性組件(M頂U)繞旋轉軸做有規律的旋轉來調制慣性器件的低頻誤差，這種 旋轉調制技術已經成為國外提高慣性導航精度的關鍵技術之一，在不使用外部信息的條件 下，自動補償陀螺漂移和加速度計常值及慢變誤差引起的系統誤差，同時也能消除刻度系 數誤差和安裝誤差的影響，這是提高MEMS慣性測量系統精度的一種有效途徑。
[0004]通旋轉調制來補償誤差有別于標定、初始對準和校準等需要估計慣性元件漂移進 而補償的方法，旋轉調制方法不需要知道慣性元件漂移誤差的估計值，而是將誤差調制成 某種周期變化的形式，在導航解算的過程中利用積分運算自動將誤差平均抵消。
[0005]要想在戰術武器中引入旋轉慣導的思想，就不能夠像艦船那樣的導航系統，不受 其體積、功耗等都限制，由于戰術武器要求其導航系統體積小、成本低、功耗低和抗沖擊力 等，如果引入旋轉機構實現旋轉慣導，就得需要精密電機、驅動電路和電源等，這些都很難 滿足戰術制導武器的要求。
[0006] 為了能夠也在戰術武器的制導系統中實現旋轉調制來提高系統的導航精度，不能 夠以慣導的自身旋轉實現旋轉慣導，那就借助外部運動來實現旋轉慣導，稱之為等效旋轉 慣導。
[0007] 由于戰術武器一般依附在其他載體上，如導彈、炸彈要掛在或內埋在載機上，艦船 上的武器也是安裝在船的某個部位，在發射前要和船一起運動。
[0008]戰術武器一般不能夠直接發射，發射前一般需要傳遞對準，需要較高的初始精度， 因此通過等效旋轉來提供給慣導傳遞對準需要的參數。
[0009]因此充分利用載體的機動，如飛機、艦船等載體的機動能力來實現旋轉運動，進而 構造等效旋轉慣導進行誤差調制，為能夠在機動期間進行傳遞對準提供精確的參數。
【發明內容】
[0010]采用MEMS慣性測量系統的制導武器來說工作時間極短，需要較高的對準精度，尤 其姿態精度，同時能夠在對準過程中對慣性器件誤差估計并補償，提高在有效工作時間內 的導航精度。
[0011] 利用載體的機動，一般都能夠做航向機動，而俯仰和滾轉機動會受到很大限制，如 載機、艦船和車輛很難實現"翻跟頭"和"打滾"運動。
[0012] 盡管可以做一定程度的俯仰和滾轉機動，但不能夠實現180°機動，因此在這兩個 軸向上不夠借助載體機動實現旋轉調制。
[0013] 但有一些的特殊的載體，如潛艇，能夠實現復雜的機動。
[0014] 對載機、艦船和車輛等載體來說很容易實現航向機動，因此借助載體航向機動實 現旋轉運動，來調制制導武器慣導系統的器件誤差，進而減小系統誤差，為傳遞對準和慣性 器件誤差估計及補償提供參數。
[0015] 設彈載慣導坐標系載體坐標系叫3??，慣性坐標系，地球坐標系 微翻，導航坐標系極·。
[0016] 設初始時刻慣導坐標系（巧芯為)與載體坐標系)重合，然后進行航向機 動，即慣導坐標系繞z軸方向以角速度％連續轉動，則f時刻慣導坐標系與導航坐標系之間 的轉換矩陣可表示為
[0017] 利用機動構造旋轉與直接旋轉不同的是慣導坐標系（:巧屢馬）與載體坐標系（ 1??) 一直重合，即保持初始時刻的狀態。
[0018] ffiMS捷聯聯測量系統的姿態角誤差模型為:#吣s 4'細￡ 4??，沿載體縱 軸方向為X軸，垂直載體向為z軸，按右手坐標系構造載體坐標系，夢為計算導航坐標系與真 實導航坐標系之間的姿態誤差，轉和秦分別為角速度和角速度誤差，秦為捷聯姿態矩陣， 表示在導航坐標系轉系內，導航坐標系教系相對慣性坐標系?系的轉動角速度。
[0019] 在進行航向機動時構造旋轉調制，r系到方系的方向余弦陣為?.';;，則旋轉捷聯測 量系統姿態角誤差方程變為：f ，但#為單位陣，所以姿態矩 陣仍是#_K辦〖χ'…，式中的參數上標表示在對應坐標系內的分量值，下標 表示相對運動的坐標系。
[0020] 姿態誤差方程中的邊式是角速度誤差相對慣性系的在r系中的表示，即 。:||:_|4:丨&:!)疇+?女態.，其中，陀螺的刻度系數誤差：屬 為三個軸向的陀螺儀刻度系數誤差；:顏為陀螺儀的安裝誤差角：
為一個對稱矩陣，SP3個安裝誤差角％^你，^ ，％ $% ;咚和 蛑分別為陀螺儀的常值漂移和隨機漂移。
[0021]
[0023]由第1-4項知，通過航向機動，構造旋轉運動，會把安裝誤差、刻度系數誤差和常值 漂移調制成周期函數，經過一個周期解算為〇,即能很大程度的減小誤差。
「0〇241 由干#到載體性能和操作人員操作能力的限制，在做航向機動時，矩陣
·( |不可能完全g _發生俯仰或滾轉方向 上的運動，即會附加一個矩￥
|，或俯仰和滾 轉運動同時存在，即附加一個矩陣
，由于這兩 個運動不能完全構造旋轉運動，即無法調制誤差，會增加部分誤差，但這部分增加的誤差對 整個系統來說可以不考慮。
[0025] 在實際中彈不能一直隨載體運動，總得會有發射出去的時候，在自主運行期間就 不能調制系統的誤差，所以為了能夠進一步降低誤差，設計一種誤差估計方法，為自主運動 期間進行誤差補償。
[0026] 誤差估計步驟包括：（1)彈和載體一起飛行，進入導航狀態；（2)載體從I時刻到％ 時刻進行航向機動，記錄島時刻的慣導誤差穴^爲。；⑶在有:時刻載體進行直線運動，到％ 時刻，滿足心，i，記錄$肘刻慣導誤差氣5?? ;⑷在相等的時間內，近似相同的運 動外界環境，陀螺儀的誤差導致的系統誤差應該是一樣的，但在4時刻到:?時刻之間，載體 做了機動進行了旋轉調制，誤差會大幅度的降低，而直線運動期間誤差會很大，利用兩者之 間的差值估計單位時間內由陀螺儀導致的誤差為
(4)如果時間和條件允許，重復上述過程，然后取平均。
[0027] 由于MEMS陀螺儀是批量生產的，具有較高的一致性，可事先通過轉臺標定對比z軸 陀螺儀的誤差特性和x，y軸陀螺儀的誤差特性之間的相似性，設z軸陀螺儀誤差特性和x，y 軸陀螺儀誤差特性的相似度為木和，，進而計算出由z軸陀螺儀的誤差導致的系統誤差 Δ乾二&.)(Δ穿V4?)，表示那個相似度大取那個軸向的誤差計算。
[0028] 本發明的優點在于，⑴利用載體機動實現旋轉運動，構造等效旋轉調制，消除了除 旋轉軸方向上的誤差;⑵利用MEMS陀螺儀一致性的特點，可輔助估計旋轉軸方向上的誤差； (3)-般載體都可以航向機動，該旋轉調制構造方法簡單易于實現，不用附加其他機械結構， 保持了體積小、成本低，功耗低和抗振性能好等優點。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發明的載彈飛行； 圖2為本發明的S機動過程； 圖3構造旋轉調制的時序過程。
【具體實施方式】
[0030] 以下結合附圖和載機(載彈)機動來說明本發明的【具體實施方式】。
[0031] 以MEMS陀螺儀TL632B、加速度計MVS6000和DSP6713作為制導核心部件構造