未知纬度条件下基于空间圆拟合的SINS初始对准方法

管世印，张志利，周召发，梁 哲

(火箭军工程大学导弹工程学院，西安 710025)

0 引言

捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)在进入导航状态前必须进行初始对准。SINS的初始对准通常需要精确的纬度值来构建参考矢量模型，而当对准环境较为恶劣时，如在隧道、水下、地下等环境中获得精确的纬度值并不容易，研究未知纬度条件的对准具有一定的理论意义与应用背景。为此可以从两方面考虑，一是进行纬度的估计，通过2个不同时刻的重力加速度夹角与纬度之间的几何关系进行求解[1-2]；二是通过重力矢量几何运算求得北向信息，改进对准算法[3-4]。

在处理晃动基座对准问题上，通常采用基于惯性系或中间参考坐标系的对准方法，通过空间中凝固某一时刻坐标系作为过渡传递矩阵，求得对准矩阵，且粗对准的结果尤其是偏航角的对准结果往往误差较大[5-7]。

理想情况下，在任一惯性系中观察，重力矢量绕地轴旋转形成一锥面，重力矢量的端点形成一空间圆即圆锥底面。为此，本文以初始时刻凝固载体坐标系为惯性系，对重力矢量低通滤波后进行空间圆数值拟合得到旋转地轴矢量，通过矢量解算得到对应时刻的地理坐标系，进行矩阵连乘得到对准矩阵，完成对准过程。

1 基于空间圆拟合的对准方法

定义地理系东北天为导航坐标系n系，载体坐标系为b系，初始时刻载体坐标系为b0系，初始时刻地理坐标系为n0系。

1.1 传统的基于惯性系的对准方法

基座晃动会引入晃动角速度，而地球自转角速度ωie数量级为10-5rad/s，导致陀螺仪无法从测量值中将地球自转角速度识别出来，因此基于地球自转角速度和重力加速度矢量的双矢量定姿方法无法在晃动基座下使用[8]。……