基于高精度MEMS-INS的双轴旋转调制技术*

王思远,刘海桥,罗世彬

(1.中南大学 航空航天学院,湖南 长沙 410086;2.中南大学 自动化学院,湖南 长沙 410086)

0 引 言

由于具有高精度,高自主性,抗干扰性强的优势,捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)已成为导航系统不可分割的一部分[1]。然而,SINS的缺陷是误差随时间迅速累积,SINS的主要误差是惯性传感器误差,惯性传感器[2～4]精度限制着惯性导航系统(INS)的精度。旋转调制技术可用于消除惯性传感器常值漂移的影响,在光学陀螺惯性导航系统中的应用已比较成熟,但在微机电系统(MEMS)-INS上的应用研究较少,且缺少系统分析。针对MEMS惯性器件常值零偏误差、标度因数误差、标度因数对称性误差较大且不稳定的特点,需要选择更合适的旋转方法,通过对比不同旋转方法的误差补偿效果,可以确定适用于MEMS-INS的旋转方案。

1 旋转调制技术

旋转调制技术通过对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)进行周期性的旋转来实现惯性传感器的常值误差进行补偿。

1.1 坐标系定义

1)惯性坐标系(i系)的原点为地球中心,x，y轴处于赤道平面内,x轴指向春分点,z轴为地球自转轴,并指向北极,y轴由右手定则获得。2)地球(e系)坐标系的原点为地球中心,x，y轴处于赤道平面内,x轴指向春分点,z轴为地球自转轴,并指向北极,y轴由右手定则获取。地球坐标系与地球固连,随着地球自转。3)载体坐标系(b系)的原点在载体中心,x轴指向车辆或载体的右方,与俯仰轴重合,y轴指向载体的正前方,与横滚轴重合,z轴指向载体的上方,与载体的航向轴重合。4)当地理坐标系(t系)的原点为载体坐标系的原点在大地水平面上的投影,x轴指向地理东向,y轴指向地理北向,z轴指向天向。……