CN103292809A - 一种单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单轴旋转式惯导系统，本发明还涉及一种单轴旋转式惯导系统专用的误差补偿方法。单轴旋转式惯导系统，包括转位机构、单轴旋转式惯导系统惯性测量单元，单轴旋转式惯导系统惯性测量单元安装在惯性测量单元安装平面上，惯性测量单元安装平面与转位机构连接在一起，单轴旋转式惯导系统惯性测量单元的坐标轴两两相互垂直，每条坐标轴上都安装有陀螺仪和加速度计。本发明通过对IMU安装面实现倾斜角可调的方式来实现系统实时估漂，每隔一段时间就可以对倾斜角进行动态重调，进一步提高系统的补偿效果，本发明使用过程中可现场完成以往在具有高精度惯导测试转台的实验室进行重新标定的过程，大大降低了惯导系统运行期的保障维修费用。

Description

一种单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法

技术领域

本发明涉及一种单轴旋转式惯导系统，本发明还涉及一种单轴旋转式惯导系统专用的误差补偿方法。

背景技术

惯性导航系统是目前应用最广泛的一种完全自主式的导航系统，因其完全依靠自身的信息就可以实现所需要的所有导航信息，高隐秘性和可靠性决定了其在军事上举足轻重的地位。惯性导航系统主要由惯性器件陀螺仪和加速度计组成，惯性器件的精度决定了整个惯性导航系统的精度。而惯性器件的误差一般分为常值漂移误差和随机漂移误差两部分，通常情况下，惯性器件的误差都会随着时间逐渐变化，在每次启动惯导系统时，它们都与上一次有一定的不同，这对惯导系统运行时的导航系统精度会有很大的影响。特别是对于需要长时间工作的惯导系统，惯性器件的误差会引起惯导系统随时间累积的定位误差以及一定程度的姿态发散误差,因此，它们是影响惯导系统性能的主要因素。

然而惯性器件的常值漂移误差和慢变随机漂移误差是可以进行有效补偿的，旋转调制技术就是一种有效地补偿惯性器件常值漂移误差和慢变漂移误差的技术。该技术通过对惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU）以一定方式的旋转来达到补偿惯性器件的常值漂移误差和慢变漂移误差目的，通过对惯性器件误差的有效补偿降低其对惯导系统精度的影响。目前，美国利用该技术已成功研制了MK39MOD3C、MK49和AN/WSN-7等高精度单轴和双轴旋转式惯导系统，批量装备于美国和北约海军的多艘舰艇和战舰中，并取得了很好的应用效果。

单轴旋转调制能够有效补偿与转轴垂直方向上惯性器件的常值漂移误差和慢变随机漂移误差，但是不能补偿与旋转轴平行方向上的常值漂移误差和慢变随机漂移误差。如果要想消除所有方向上的漂移误差，从改变系统结构的角度上来说，可以采用双轴旋转调制或三轴旋转调制的方式来实现，但这样会急剧增加系统结构的复杂性和成本，况且这样要实现高精度的转位方案控制的效果在工程应用上还有很多难题需要解决。因此，为了在现有的单轴旋转调制方式的基础上既不改变系统的调制方式又能完全补偿掉所有轴上的惯性器件常值漂移误差和慢变漂移误差，从现有的单轴旋转式惯导系统IMU在转位机构上的安装角度配置方案角度出发，通过运用合理的角度配置方案并结合可以实现的转位机构控制方案来消除所有方向的漂移误差是目前应该着重考虑的方向。

目前在核心期刊与专利查询中均未发现与此发明类似的方法介绍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少系统成本的单轴旋转式惯导系统，本发明的目的还在于提供一种简化结算步骤的单轴旋转式惯导系统专用误差自补偿方法。

本发明的目的是这样实现的：

单轴旋转式惯导系统，包括转位机构、单轴旋转式惯导系统惯性测量单元，单轴旋转式惯导系统惯性测量单元安装在惯性测量单元安装平面上，惯性测量单元安装平面与转位机构连接在一起，单轴旋转式惯导系统惯性测量单元的坐标轴x_s轴、y_s轴、z_s轴两两相互垂直，其中z_s轴垂直于惯性测量单元安装面，惯性测量单元安装平面可沿x_s轴或y_s轴倾斜，每条坐标轴上都安装有陀螺仪和加速度计。

单轴旋转式惯导系统的专用误差自补偿方法，包括如下步骤：

（1）系统初始化，在静态条件下进行导航初始对准；

（2）启动转位机构，从零转速达到恒定的运行角速度；

（3）转位机构倾角调节进行误差调制；

（4）采集陀螺仪和加速度计输出的运载体三个正交方向上相对于惯性坐标系的角速度和加速度输出信号，对采集的信号进行滤波，对采集数据进行从惯性坐标系到导航坐标系的变换，采用常规的导航解算算法进行导航解算，得到运载体实时导航信息；

（5）将导航信息与GPS的输出信息进行作差值计算，得到定位误差值的大小；

（6）根据计算出的定位误差，惯导系统的误差是否达到系统要求的最小值，若达到了系统要求，则执行步骤（4）和步骤（5）直到使定位误差值达到最小；若未达到系统要求，则执行步骤（3），调节转位机构，改变惯性测量单元安装平面倾角，执行步骤（4）和步骤（5）直到使定位误差值达到最小。

导航信息包括姿态信息和定位信息。

本发明的有益效果在于：

本发明通过对IMU安装面实现倾斜角可调的方式来实现系统实时估漂，每隔一段时间就可以对倾斜角进行动态重调，进一步提高系统的补偿效果，本发明使用过程中可现场完成以往在具有高精度惯导测试转台的实验室进行重新标定的过程，大大降低了惯导系统运行期的保障维修费用。

附图说明

图1为单轴旋转式惯导系统安装示意图；

图2为绕纵摇轴倾斜安装坐标变换示意图；

图3为绕横摇轴倾斜安装坐标变换示意图；

图4为单轴旋转式惯导及其专用误差自补偿方法系统控制框图；

图5为单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法程序运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

图中序号说明：

1…IMU、2…三个加速度计、3…三个陀螺仪、4…转位机构、5…旋转轴、6…IMU安装面、7…IMU输出信号、8…IMU安装面倾角调节机构倾角输出信号、9…CPU控制倾角信号和倾角调节机构倾角监测信号、10…转位机构转角信号、11…转位机构转角信号和CPU控制转角信号。

本发明是针对目前单轴旋转惯导系统不能补偿掉与旋转轴平行轴上方向上的惯性器件常值漂移误差和慢变随机漂移误差，而采用双轴或三轴旋转方案又会使得系统的整体结构变得复杂，增加系统成本且系统的解算会变得繁琐的问题，提出了一种单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法。

本发明将单轴旋转式惯导系统IMU安装于倾斜角度可调的IMU安装面上，设置合理的安装角度，能够通过旋转来调制掉惯性器件三个轴上的常值漂移误差和慢变随机漂移误差，从而提高惯导系统的长时间导航精度。

单轴旋转式惯导系统，包括转位机构、单轴旋转式惯导系统IMU。单轴旋转式惯导系统IMU安装在转位机构上，单轴旋转式惯导系统IMU的坐标轴x_s轴、y_s轴、z_s轴两两相互垂直，其中z_s轴垂直于转位机构的IMU安装面，IMU安装面可沿x_s轴或y_s轴倾斜，每条坐标轴上都安装有陀螺仪和加速度计。

单轴旋转式惯导系统的专用误差自补偿方法，包括如下步骤：

（1）系统初始化，在静态条件下进行导航初始对准；

（2）启动转位机构，从零转速达到恒定的运行角速度；

（3）单轴旋转式惯导系统转位机构倾角调节进行误差调制；

（4）采集惯性器件陀螺仪和加速度计输出的运载体三个正交方向上相对于惯性坐标系的角速度和加速度输出信号，并完成对采集信号的滤波处理，实现采集数据从惯性坐标系到导航坐标系的变换处理，最后采用常规的导航解算算法实现导航解算，得到运载体实时的姿态信息和定位信息等导航信息；

（5）将由导航解算得出的导航信息与GPS等更高精度类型导航系统的输出信息进行作差值计算处理，并得出误差值的大小，特别是定位误差的大小；

（6）根据计算出的定位误差实时判断在长时间运行条件下，惯导系统的误差是否达到给定的最小值（如24小时定位误差小于1海里），若达到了系统要求，则继续进行步骤（4）的导航解算过程和步骤（5）的误差比较过程，通过实时的误差判断给出系统的最优性能。若未达到系统要求，则重复进行步骤（3），调节倾角机构来改变倾角大小，并重复进行步骤（4）的导航解算和步骤（5）的误差比较过程，通过实时地调节和比较使系统性能达到最优。

本发明还有这样一些特点：

本专利适用于提高单轴旋转式惯导系统输出精度方法的改进；

通过将IMU安装面的倾斜角可调的方法，以一定的角度配置来实现复杂的双轴旋转调制和三轴旋转调制的目的，可使船用惯导系统在长航时远航程条件下实现高精度的导航要求；

根据实际的系统安装方式，提出了两种安装方案来消除方位轴漂移误差的补偿策略，可根据实际的需要进行方案选择；

通过倾斜角可调的方式来实现系统实时估漂，每隔一段时间就可以对倾斜角进行动态重调，进一步提高系统的补偿效果；

此方法不仅可以提供新的惯性器件误差补偿方案，而且所使用的倾角可调的安装方式还能够为IMU的现场标定提供新的方法，能够解决目前惯导系统使用一段时间后需要重新拆卸下来，运输到具有高精度惯导测试转台的实验室进行重新标定的麻烦，运用此方案后在现场就可以完成相关工作，大大降低了惯导系统运行期的保障维修费用。

本发明通过在单轴旋转式惯导系统旋转轴方向上的惯性器件误差对惯性导航精度的影响，研究了将IMU绕纵摇轴倾斜安装和IMU绕横摇轴倾斜安装两种安装方案，并分别给出了完整的角度配置方案。

与常规的单轴旋转式惯导系统相比，本专利所提出的方法为单轴旋转式惯导系统精度的提高方法提供了一种很新颖的思路，提出了一种结构简单易行，造价更加低廉的方案。

下面结合附图举例对本发明专利做更详细地描述，需要说明的是该系统所使用的陀螺仪、加速度计、检测电路及系统控制电路均为典型器件和电路连接，而所使用的导航解算算法与常规的导航解算算法没有本质的区别，故不再对其原理图进行描述：

结合图1，图1所示为旋转式惯导系统安装示意图。其中转位机构4上面部分为1中惯性器件2和3的安装示意图。图中的ox_sy_sz_s为三轴正交的IMU坐标系，并且每个轴上都分别安装了一个陀螺仪3和加速度计2。每个轴上的陀螺仪用于测量绕对应轴旋转的角速度，加速度计用于测量沿对应轴的加速度，然后通过一定的导航解算算法就可以计算出运载体的速度，姿态信息（纵摇，横摇和航向）和定位信息（经度和纬度）。而每个轴上的惯性器件都存在常值漂移误差和随机漂移误差，这是影响整个惯导系统的最主要误差源，特别是对需要长时间远距离运行的惯导系统的姿态输出和位置输出会产生很大的影响。以转动IMU的方式可以对图中安装的陀螺仪和加速度计的常值漂移误差和慢变随机漂移误差起到周期性调制的作用，在很大程度上提高了惯导系统的精度。

由于惯导系统解算过程在导航坐标系下进行，那么t时刻惯性器件偏差在导航坐标系上的调制形式可表示为

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_E\\ {\mathrm{\ϵ}}_N\\ {\mathrm{\ϵ}}_U\end{array}\right]=C_s^n\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_y^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_z^s\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x^s\cos \mathrm{\ωt}-{\mathrm{\ϵ}}_y^s\sin \mathrm{\ωt}\\ {\mathrm{\ϵ}}_x^s\sin \mathrm{\ωt}+{\mathrm{\ϵ}}_y^s\cos \mathrm{\ωt}\\ {\mathrm{\ϵ}}_z^s\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中

为三个轴上的陀螺常值漂移误差和慢变随机漂移误差，从（1）式可以看出在x轴和y轴两个水平方向上的等效误差按正弦（余弦）规律变化。在一个旋转周期里均值为零，长期来看使得系统误差不再发散。而旋转轴方向上惯性器件误差没有被调制，它引起的惯导系统导航误差仍按原来的规律传播。

仅以陀螺漂移误差为例，从系统误差的角度来说明这个问题，旋转调制后，陀螺漂移引起的系统稳态误差如下：

其中R，ω_ie为当地纬度，地球半径和地球自转角速度，都为常值。ω为转位机构转动角速度，根据实际情况可以设定。δV_x∞，δλ_∞，γ_∞分别为系统的东向速度误差，纬度误差，精度误差和稳态误差。从式（2）可以看出水平陀螺漂移

引起的系统稳态误差γ_∞呈现振荡特性，系统误差直流分量被有效地抑制。而旋转轴方向上的漂移除了产生东向速度直流误差分量

和纬度的直流误差分量外，还产生随时间积累的经度误差项这些误差都是影响系统精度的主要分量。

结合图2，安装平面与纵摇轴倾斜角度为α，IMU坐标系ox_sy_sz_s和载体坐标系ox_by_bz_b具有相同的坐标原点o。其坐标转换关系可描述为：初始时刻IMU坐标系ox_sy_sz_s、载体坐标系ox_by_bz_b和导航坐标系ox_ny_nz_n重合，旋转轴οz与οz_b重合，先绕οx_b顺时针旋转角度α，即绕οx_b轴旋转角度-α，此时οx_s、οy_s位于IMU安装面内，οz_s与安装面法线方向平行；然后绕οz_s旋转角度β，得到最终的IMU坐标系ox_sy_sz_s。与此同时IMU以角速度ω绕οz轴旋转，则IMU坐标系与载体坐标系的转换关系为：

$C_s^b=C_s^n=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& -\sin \mathrm{\ωt}& 0\\ \sin \mathrm{\ωt}& \cos \mathrm{\ωt}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\α}& -\sin \\ 0& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\β}& -\sin & 0\\ \sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\β}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& -\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\\ -\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]$ （3）

所以，陀螺常值漂移

在载体坐标系上的调制形式可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x^b=(\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+(-\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}){\mathrm{\ϵ}}_z^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_y^b=(\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+\left(\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\right){\mathrm{\ϵ}}_z^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_z^b=(-\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+\left(\cos \mathrm{\α}\right){\mathrm{\ϵ}}_z^s\end{array}\right.---\left(4\right)$

陀螺常值漂移在载体坐标系纵摇轴、横摇轴上的投影呈周期性变化趋势，长期来看不会造成系统误差的发散。漂移

在载体坐标系οz_b上的投影是直流分量，不含有周期变化的分量，只要合理选择角度α、β，就能使该直流分量为零。表1给出了该方式下几个比较合理的角度配置方案。α、β共同决定了IMU的安装位置，β决定了οx_s的空间指向。

表1绕纵摇轴旋转角度配置方案

结合图3，安装平面绕横摇轴倾斜角度为α，IMU坐标系ox_sy_sz_s和载体坐标系ox_by_bz_b具有相同的坐标原点o。该坐标转换关系可描述为：初始时刻IMU坐标系ox_sy_sz_s、载体坐标系ox_by_bz_b和导航坐标系ox_ny_nz_n重合，旋转轴οz与οz_b重合，先绕οy_b旋转角度α，此时οx_s、οy_s位于IMU安装面内，οz_s与安装面法线方向重合；绕οz_s旋转角度β，得到最终的IMU坐标系ox_sy_sz_s。IMU以角速度ω绕οz轴旋转，则IMU坐标系与载体坐标系的转换关系为：

$C_s^b=C_s^n=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ωt}& \mathrm{in\ωt}& 0\\ -\sin \mathrm{\ωt}& \cos \mathrm{\ωt}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\α}& 0& -\sin \mathrm{\α}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\α}& 0& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\β}& 0\\ -\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\β}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}& -\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}& -\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\\ -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right]$ （5）

所以，陀螺常值漂移在载体坐标系上的调制形式可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_x^b=(\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+(\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}){\mathrm{\ϵ}}_z^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_y^b=(\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\sin \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}+\cos \mathrm{\ω}t\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+\left(\sin \mathrm{\ω}t\sin \mathrm{\α}\right){\mathrm{\ϵ}}_z^s\\ {\mathrm{\ϵ}}_z^b=(-\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_x^s+(-\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}){\mathrm{\ϵ}}_y^s+\left(\cos \mathrm{\α}\right){\mathrm{\ϵ}}_z^s\end{array}\right.---\left(6\right)$

由（6）式可以看出，陀螺常值漂移

在载体坐标系纵摇轴、横摇轴上的投影呈周期性变化趋势，长期来看不会造成系统误差的发散。漂移

在载体坐标系οz_b上的投影是直流分量，不含有周期变化的分量，只要合理选择角度α、β，就能使该直流分量为零。表2给出了该方式下几个比较合理的角度配置方案。α、β共同决定了IMU的安装位置，β决定了οx_s的空间指向：

表2绕横摇轴旋转角度配置方案

此外，需要说明的是，即使方位陀螺漂移误差得到了最佳补偿，不能保证天向加速度计零偏得到最佳的补偿效果。然而在实际系统中，陀螺漂移误差对惯导系统的性能影响远大于加速度计漂移对惯导系统的影响，所以优先考虑补偿陀螺漂移是合理的。

结合图4，对该单轴旋转惯导系统及其专用误差自补偿方法的控制框图进行阐述：该系统主要包括四大部分：IMU、IMU安装面倾角调节机构、转位机构和CPU。具体控制过程如下：

步骤1，在系统上电初始化之后，CPU通过信号11控制转位机构按一定的转动方案转动，进入步骤2；

步骤2，转位机构的转动以信号10随之带动安装在其上面的IMU安装倾斜面以恒定的角速度ω转动，进入步骤3；

步骤3，IMU安装倾斜面以信号8带动倾斜安装在其上面的IMU以恒定角速度ω转动，进入步骤4；

步骤4，IMU的输出信号7，IMU安装面倾角调节机构输出的倾角信号9和转位机构的转角信号11同时传递给CPU，进入步骤5；

步骤5，CPU通过导航解算计算出运载体的导航信息及相关的误差信息，进入步骤6；

步骤6，CPU通过控制信号9调节IMU安装面倾角调节机构的倾角值，然后重复步骤4和步骤5，使得由步骤5得出的误差信息达到最小值即可。

结合图5，对该单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法程序运行流程进行详细阐述：本专利以旋转式惯导系统IMU输出的运载体三个正交方向上的角速度和加速度信息，结合转位机构的转动方案信息及IMU安装面倾角调节机构提供的角度配置方案信息，进行导航解算。最终得出运载体的实时姿态信息和定位信息等导航信息，以及与其他类型的高精度导航系统（如GPS）进行误差计算得出惯导系统的误差信息。该系统运行流程如下：

步骤1，系统上电完成初始化及静态条件下的导航初始对准过程，为实时导航提供初始基准，进入步骤2；

步骤2，启动转位机构，使其从零转速达到恒定的运行角速度，并使得转位机构按照预定的转位方案进行运行，进入步骤3；

步骤3，转位机构的运转带动IMU安装面倾角调节机构按照同样的方式进行转动，进入步骤4；

步骤4，IMU安装面倾角调节机构随之带动IMU将以任一可行的倾斜角度配置方案及转位机构的转动方案进行误差调制，进入步骤5；

步骤5，CPU导航计算机采集惯性器件陀螺仪和加速度计输出的运载体三个正交方向上相对于惯性坐标系的角速度和加速度输出信号，并完成对采集信号的滤波处理，实现采集数据从惯性坐标系到导航坐标系的变换处理，最后采用常规的导航解算算法实现导航解算，得到运载体实时的姿态信息和定位信息等导航信息，进入步骤6和步骤8；

步骤6，由导航解算得出的导航信息将会与GPS等高精度类型导航系统的输出信息进行作差值计算处理，，并得出误差值的大小，进入步骤7；

步骤7，根据计算出的定位误差实时判断在长时间运行条件下，惯导系统的误差是否达到给定的最小值（如24小时定位误差小于1海里），若达到了系统要求，则继续进行步骤（4）的导航解算过程和步骤（5）的误差比较过程，通过实时的误差判断给出系统的最优性能。若未达到系统要求，则重复进行步骤（3），调节倾角机构来改变倾角大小，并重复进行步骤（4）的导航解算和步骤（5）的误差比较过程，通过实时地调节和比较使系统性能达到最优；进入步骤8；

步骤8，导航显示器接收CPU的实时姿态信息和定位信息并进行实时显示。

Claims (3)

1.一种单轴旋转式惯导系统，包括转位机构、单轴旋转式惯导系统惯性测量单元，其特征在于：单轴旋转式惯导系统惯性测量单元安装在惯性测量单元安装平面上，惯性测量单元安装平面与转位机构连接在一起，单轴旋转式惯导系统惯性测量单元的坐标轴x_s轴、y_s轴、z_s轴两两相互垂直，其中z_s轴垂直于惯性测量单元安装面，惯性测量单元安装平面可沿x_s轴或y_s轴倾斜，每条坐标轴上都安装有陀螺仪和加速度计。

2.一种单轴旋转式惯导系统的专用误差自补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）系统初始化，在静态条件下进行导航初始对准；

（2）启动转位机构，从零转速达到恒定的运行角速度；

（3）转位机构倾角调节进行误差调制；

（4）采集陀螺仪和加速度计输出的运载体三个正交方向上相对于惯性坐标系的角速度和加速度输出信号，对采集的信号进行滤波，对采集数据进行从惯性坐标系到导航坐标系的变换，采用常规的导航解算算法进行导航解算，得到运载体实时导航信息；

（5）将导航信息与GPS的输出信息进行作差值计算，得到定位误差值的大小；

（6）根据计算出的定位误差，惯导系统的误差是否达到系统要求的最小值，若达到了系统要求，则执行步骤（4）和步骤（5）直到使定位误差值达到最小；若未达到系统要求，则执行步骤（3），调节转位机构，改变惯性测量单元安装平面倾角，执行步骤（4）和步骤（5）直到使定位误差值达到最小。

3.根据权利要求2所述的一种单轴旋转式惯导系统的专用误差自补偿方法，其特征在于：所述的导航信息包括姿态信息和定位信息。

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