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申请/专利权人：武汉优米捷光电子制造有限责任公司

摘要：本发明提供了一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北仪方法，首先安装好MEMS寻北仪后，发送指令自寻北开始；采集自寻北过程数据；控制MEMS寻北仪的转动机构回到零位，转动机构锁死，进入间接粗对准过程，计算得到粗略的姿态矩阵；循环进行卡尔曼精对准；转动机构转位预设角度后，继续进行卡尔曼精对准；卡尔曼精对准结束后，采用逆向解算算法对第二位置精对准姿态矩阵进行二次解算，得到修正后的精对准姿态矩阵；根据修正后的精对准姿态矩阵计算输出方位角即寻北值。本发明通过在7min寻北时间内，利用姿态矩阵和方位角的关系，解算出载体相对于导航坐标系的姿态，再利用逆向解算法对第二位置精对准姿态矩阵进行二次解算，输出方位角，从而提高了对准精度。

主权项：1.一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北仪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在载体上安装好MEMS寻北仪后，惯性导航系统将经纬度作为寻北指令发送到MEMS寻北仪，MEMS寻北仪上电预热并装订所述经纬度，MEMS寻北仪自寻北开始；步骤S2：采集自寻北过程数据，通过陀螺和加速度计分别对应获取陀螺角速度增量和加速度计加速度增量；步骤S3：控制MEMS寻北仪的转动机构回到零位即编码器零位，所述转动机构锁死，进入第一预设时间的间接粗对准过程，利用陀螺角速度增量和加速度计加速度增量计算得到粗略的姿态矩阵；步骤S4：将所述粗略的姿态矩阵输入到基于随机误差建模的卡尔曼滤波器，进行卡尔曼精对准，得到卡尔曼滤波器输出的零位自寻北误差和零位精对准姿态矩阵，再又将得到的零位自寻北误差和零位精对准姿态矩阵输入到基于随机误差建模的卡尔曼滤波器，再次进行卡尔曼精对准，如此循环进行迭代计算；步骤S5：经过第二预设时间后，所述转动机构以预设角速度转位预设角度后锁死，锁死后继续进行第三预设时间的卡尔曼精对准；步骤S6：卡尔曼精对准结束后，通过所述卡尔曼滤波器输出第二位置精对准姿态矩阵，采用逆向解算算法对所述第二位置精对准姿态矩阵进行二次解算，得到修正后的精对准姿态矩阵；步骤S7：根据修正后的精对准姿态矩阵计算输出方位角即寻北值；根据获取陀螺角速度增量，其中，为陀螺角速度增量，为陀螺测量角速度，T为MEMS寻北仪采样周期；根据获取加速度计加速度增量，其中，为加速度计加速度增量，为加速度计测量加速度；所述基于随机误差建模的卡尔曼滤波器的建立过程如下：首先采用φ角误差模型建立误差传播模型： 其中，φ为失准角，根据姿态更新方程计算得到，δvn为n系即导航坐标系下的速度误差，根据速度更新方程计算得到，εn为等效陀螺常值零偏，根据姿态更新方程计算得到，为等效加速度计常值零偏，为加速度计测量加速度，为导航系相对于惯性系的旋转角速度；然后基于上式，将陀螺和加速度计的常值零偏建模为一阶马尔可夫过程和白噪声过程并扩充为卡尔曼精对准的状态变量X，建立卡尔曼滤波器模型如下： Z＝HX+V；其中，F为状态一步转移矩阵，H为量测矩阵，W为系统噪声向量，V为量测噪声向量，X为状态向量，Z为量测向量； 其中，φ为失准角，δvn为n系即导航坐标系下的速度误差，εb为陀螺测量零偏在b系即载体坐标系的投影，为加速度计测量零偏在b系的投影，分别为东向、北向和天向的速度误差；所述将陀螺和加速度计的常值零偏建模为一阶马尔可夫过程和白噪声过程如下： 其中，为载体系相对于导航系的陀螺测量误差，为载体系相对于导航系的陀螺测量角速度，δfibb为载体系相对于导航系的加速度计测量误差，为载体系相对于导航系的加速度计测量加速度，sg和Sa为陀螺和加速度计的标定刻度误差矩阵，εb为陀螺测量零偏在b系的投影，为加速度计测量零偏在b系的投影，τg和τa分别对应为陀螺和加速度计的相关时间，wg和wa分别对应为陀螺和加速度计的高斯白噪声，wga和wab分别对应代表陀螺和加速度计的驱动白噪声；所述第一预设时间为20-40s，所述第二预设时间与所述第三预设时间均为160-190s；所述预设角速度为10-30°s；所述预设角度为180°。

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