激光陀螺惯导系统高精度姿态算法研究

"曾庆化、刘建业等人在2006年发表于《上海交通大学学报》的一篇论文中提出了一种针对角速率激光陀螺惯导系统的高精度姿态算法，旨在提高捷联惯性导航系统的姿态精度。他们分析了圆锥误差补偿的通用公式，并提出了一种利用角速率计算角增量的拟合算法，同时提供了数学证明。通过详细推导，得出了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项的通式，并进行了理论精度分析。仿真结果表明，该算法相比传统的四阶龙格库塔算法表现更优，尤其能提升由激光陀螺提供角速率数据的导航系统的姿态精度。关键词包括航姿算法、旋转矢量、激光陀螺和误差分析。" 本文探讨的核心知识点是： 1. **圆锥误差补偿**：在惯性导航系统中，由于陀螺仪的动态误差，特别是在高速旋转或机动时，会出现圆锥误差。这种误差会影响姿态解算的精度。论文分析了圆锥误差的通用补偿公式，这是提高系统性能的关键步骤。 2. **角速率拟合算法**：作者提出了一种新的方法，利用角速率数据直接求取角增量，以此来拟合和补偿圆锥误差。这种方法的创新之处在于它直接处理角速率数据，而不是依赖于积分或其他复杂运算。 3. **数学证明与理论分析**：论文详细推导了算法的补偿系数和误差主项的表达式，这为理解算法的工作原理和评估其性能提供了理论基础。理论精度分析有助于理解算法在不同条件下的表现。 4. **激光陀螺特性**：考虑到激光陀螺的频谱特性，论文进行了仿真对比，验证了纯角速率输入的圆锥误差补偿算法相对于四阶龙格库塔算法的优势。激光陀螺因其高精度和快速响应，常用于高精度导航系统。 5. **捷联惯性导航系统**：这是一种不依赖外部参考的自主导航系统，主要依赖于陀螺仪和加速度计来确定飞行器的姿态和位置。提高纯角速率输出的精度对于提升整个系统的导航性能至关重要。 6. **仿真对比**：通过对比不同算法在相同条件下的仿真结果，论文证实了所提出的算法能够有效提高姿态解算的精度，这对于实际应用中的系统优化具有重要意义。 这篇论文为提高激光陀螺惯导系统在复杂运动条件下的姿态解算精度提供了一个创新且有效的解决方案，对惯性导航技术的发展有着积极的推动作用。