双轴旋转式惯导系统自标校技术

于 飞，孙 骞，张 亚，吕重阳

(1.哈尔滨工程大学 理学院，150001哈尔滨;2.哈尔滨工程大学 自动化学院，150001哈尔滨)

惯性器件逐次启动误差是影响捷联惯性导航系统(strap-down inertial navigation system，SINS)精度的主要因素，因此若保证系统能够长时间具有较高的定位精度，需要在SINS启动后对其进行在线标校［1］.惯导系统在线标校的基本思想是通过改变惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)在空间中的运动形式(包括角运动和线运动)提高系统的可观测性，从而实现惯性器件误差最优估计的目的［2］.对于飞机、导弹等高速运载体改变IMU的运动形式相对容易.但是对水面航行的舰船来说，系泊状态下的其机动可以近似忽略，即使在航行过程中，由于舰船加减速或转弯过程十分缓慢，因此其机动也并不明显.所以直接改变舰船IMU的空间位置并不容易.为了解决上述问题，双轴旋转式SINS应运而生，该系统是利用具有二自由度转位能力的旋转机构，按照特定的转位方案旋转，从而改变IMU的空间位置，大幅提高SINS中惯性器件误差的可观测性［3］.旋转式SINS自标校技术可以被看作一种基于Kalman滤波的系统状态最优估计问题，因此在设计Kalman滤波器之前需要对SINS系统进行可观测性分析［4-5］.传统的可观测性分析方法有分段线性定常系统(piece wise constant system，PWCS)可观测性分析方法［6-7］和奇异值分解(singular value decomposition，SVD)方法［8］等.但这两种方法均有一定的局限性，PWCS方法只能得到系统可观测状态向量的个数，而无法确定其具体的可观测程度;对存在多个状态耦合的不完全可观测系统来说，SVD方……