本发明属于旋转式惯导系统，涉及一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法。
背景技术：
1、实际惯性导航系统中，激光陀螺通常采用增加机械抖动的方式解决其闭锁效应问题，但是机抖偏频存在频繁过锁区引发的额外随机游走误差，较大程度上限制了系统快速对准精度。速率偏频技术是解决激光陀螺锁区问题的另外一种方式，其使激光陀螺敏感到持续旋转角速度从而远离锁区。速率偏频技术与旋转调制技术可以复合利用同一转台，既可以避免机抖偏频频繁过锁区产生的额外随机游走误差又实现了随机常值零偏的自补偿，既可以发掘出激光陀螺的极限性能又没有额外增加硬件成本，是实现高精度自对准的绝佳途径。
2、受限于海态环境下风浪等因素，激光陀螺速率偏频精密级对准技术难以应用于舰载惯性导航系统。一方面，海态环境存在角晃动，对于速率偏频对准方法而言，激光陀螺仪敏感持续的角速率工作于速率偏频状态，其转轴方向角速度测量误差会产生明显的航向对准误差。现有速率偏频对准方法利用转台的光栅测角信息对陀螺的角速度测量误差进行修正，但是这种方法假定载体处于静止状态，当载体存在明显角晃动时，陀螺同时敏感转台旋转角速度和载体晃动角速度，仍然采用光栅测角信息估计转轴方向陀螺标度因数会引入显著的对准误差；另一方面，现有惯性系初始对准算法仅考虑载体角晃动的问题，对于载体的线运动干扰仅仅采用低通滤波或者积分平均等被动的线扰动抑制措施，但海态状态线扰动也属于低频信号，这些假定载体速度为零的对准算法都会产生额外的初始对准误差，难以达到陆用激光陀螺惯导系统的速率偏频对准精度。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，一方面，改进速率偏频对准旋转流程，从根本原理上消除转轴方向陀螺测量误差对初始定向精度的影响，避免海态角晃动下光栅测角所估计的陀螺标度因数不准的问题，从而将速率偏频对准技术由陆用领域引入航海领域；另一方面，采取抗线运动干扰的改进惯性系对准方法，使海态环境线扰动下的速率偏频对准精度依然能维持高水准。
2、一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，包括：
3、步骤一、坐标系定义：
4、定义速率偏频惯导中陀螺的三个敏感轴分别为xg,yg和zg，定义加速度计的三个敏感轴为xa,ya和za；
5、定义惯性测量坐标系p的三坐标轴分别为xp、yp和zp；定义xp轴与陀螺敏感轴xg同向，yp位于xgyg平面上，并垂直于xp，zp与xp、yp成右手直角坐标系；
6、定义转台坐标系s的三坐标轴分别为xs、ys与zs；zs为转轴，xs与惯性测量坐标系xp轴在zs垂直平面的投影重合，ys与zs，xs构成右手直角坐标系；惯性测量坐标系固联于转台，跟随其一起旋转；速率偏频惯导在转台带动下，绕转轴转动；
7、对于速率偏频斜装安装方式，惯性测量坐标系到转台坐标系的转换矩阵称作斜转直矩阵
8、
9、定义导航坐标系n，其三坐标轴分别为xn、yn和zn；采用东北天地理坐标系，xn和yn轴位于当地水平面，且xn指东，yn指北，zn沿地垂线指上；
10、定义子午惯性坐标系i0，其三坐标轴为和固联于惯性空间，原点同惯性测量坐标系原点，在当地子午面且平行于赤道平面，轴平行于地球自转轴且指向北极方向；
11、定义转台惯性坐标系s0，其三坐标轴为和固联于惯性空间，对准起始时刻与转台坐标系s重合；
12、步骤二、对准过程旋转流程：
13、当转台旋转至整圈起始标志点时，控制转台以设定转速恒速正向旋转整m圈，然后快速切换转向，同样的转速下反向旋转整2m圈，再次转向切换，恒速正向旋转整m圈；整圈旋转中要求正向旋转总圈数及时间与反向旋转总圈数及时间相同，整圈旋转圈数和转动速度根据总对准时间设定，整圈旋转结束，转台执行回零操作，并随即打开激光陀螺机械抖动，直至转台完全回零；
14、所述m为设定数值，取值大于4；
15、步骤三、对准算法
16、为了实现海态线扰动下的精密级速率偏频对准，采用改进的惯性系对准算法。
17、s31：将转动过程中每一时刻陀螺测量得到的角速度和加速度计测量得到的比力通过斜转直矩阵转换为转台系角速度和转台系的比力
18、s32：运行抗线扰动的惯性系算法，具体如下。
19、惯性系比力方程可以改写为
20、
21、其中为转台坐标系到转台惯性坐标系的转换矩阵，其可以由转台系的测量角速度解算获得，为子午惯性坐标系到转台惯性坐标系的转换矩阵，为导航坐标系到子午惯性坐标系的转换矩阵，gn为导航坐标系重力矢量，为地球自转角速度在s0系的投影，表示载体相对地球的速度在s0系的投影，为的微分。
22、以l表示当地纬度，ωie表示地球自转角速率，同时令ωt＝ωiet，则可以表示为
23、
24、以表示对准起始时刻的值，同时记对式3关于时间t进行两重积分，可得
25、
26、其中
27、
28、
29、
30、由于干扰线速度在零附近来回波动，积分得到的位移变化量近似为零，另外也是小量，两者的外积可以忽略不计，因此舍去项后，将起始时刻到当前时刻的惯性系位移平均值当作常值。记常值矩阵中各元素为cjk(j,k＝x,y,z)，将式5按行展开，第j行(j＝x,y,z)分量可表示成如下形式：
31、
32、其中，
33、
34、
35、对式9采用递推最小二乘算法，可以得到参数bjt的实时估计值是根据对准起始时刻到当前时刻所有信息的综合估计值。
36、根据式9～式11，式5可以改写为
37、
38、其中
39、
40、将bjt的递推最小二乘的估计值结合起来，并记为则其可以表示为：
41、
42、将实时估计值反代入式12，可得
43、
44、上式中，等式左边为s0系的矢量，等式右边的为i0系的矢量，采用q-method双矢量定姿算法可以计算出i0系到s0系的转换矩阵而后采用矩阵链乘方式可以获得导航系n与转台系s之间的方向余弦矩阵完成旋转过程的初始对准；
45、s33：以整圈旋转结束时刻的初始对准姿态为起始值，利用激光陀螺测量的角速度进行姿态跟踪导航直至转台回零完成，输出最终提供给用户的初始对准结果。
46、较佳的，所述步骤二的对准过程旋转流程中，为了保证激光陀螺完全脱离锁区，要求设定转速不小于10°/s，为了尽可能减小转向切换时锁区停留时间，要求转向切换角加速度不小于500°/s2。
47、较佳的，所述步骤二的对准过程旋转流程包括：
48、s21：接收到对准指令，以25°/s2的角加速度加速到目标角速度25°/s，关闭激光陀螺机械抖动；
49、s22：达到设定角速度后继续旋转2s，通过转位光栅测角信息若检测到转台达到整圈旋转起始标志点62.5°位置，则以25°/s的速度正向旋转5圈，耗时72s，以-800°/s2的角加速度切换转向，以-25°/s的速度反向旋转10圈，以800°/s2的角加速度切换转向，以25°/s的速度正向旋转5圈；
50、s23：控制转台继续旋转2s，发送开启激光陀螺机械抖动指令，激光陀螺进入机械抖动工作状态，转台执行回零操作直至回零并稳定。
51、较佳的，若不存在安装偏差角，xp、yp、zp三者与其各自在xsys平面的投影之间的夹角皆为54.7356°，同时理想的斜转直矩阵表示如下：
52、
53、较佳的，实际值与理想值存在偏差，通过预先标定的方式得到实际的安装矩阵。
54、本发明具有如下有益效果：
55、本发明提出了一种适应于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，将激光陀螺速率偏频随机误差抑制机理从陆用定向领域延伸至航海定向领域，采用同时适应角晃动和线扰动的对准方法，实现系泊状态快速精密级自主对准。海态速率偏频对准流程方面，由原来的“恒速正向旋转整n圈+恒速反向旋转整n圈”改进为“恒速正向旋转整m圈+恒速反向旋转整2m圈+恒速正向旋转整m圈”，使激光惯组速率偏频对准不再需要利用光栅测角估计转轴方向等效标度因数误差，因而避免了大幅角晃动情况下常规速率偏频对准中标度因数估计不准的问题；海态速率偏频对准算法方面，采用一种抗线扰动的惯性系初始对准算法，通过辨识出惯性测量比力中包含的线扰动信息，重构惯性空间观测矢量实现测向定姿，能够适应于舰船系泊状态存在明显线扰动的情形，维持速率偏频对准的高精度水准。
56、将速率偏频对准原有正向多圈旋转+反向多圈旋转的方式改进为正向多圈旋转+反向多圈旋转+正向多圈旋转的方式，无需在线估计标度因数误差，在大幅角晃动下也能发挥速率偏频陀螺技术的优势，同时采用惯性测量跟踪的方法隔离载体角晃动，线运动参数辨识方法隔离线扰动，从对准旋转流程和对准算法两方面，使速率偏频对准技术完全适应海上环境，大幅提升了海态系泊对准的快速反应能力和自主定向精度。
1.一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，其特征在于，所述步骤二的对准过程旋转流程中，
3.如权利要求2所述的一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，其特征在于，所述步骤二的对准过程旋转流程包括：
4.如权利要求1、2或3所述的一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，其特征在于，若不存在安装偏差角，xp、yp、zp三者与其各自在xsys平面的投影之间的夹角皆为54.7356°，同时理想的斜转直矩阵表示如下：
5.如权利要求1、2或3所述的一种适用于海态环境的激光陀螺惯导系统速率偏频对准方法，其特征在于，实际值与理想值存在偏差，通过预先标定的方式得到实际的安装矩阵。
