一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法，適用于雙軸旋轉慣導系統(tǒng)，避免系統(tǒng)組件定期拆卸，能夠提高長航時導航自主性的在線標定方法。包括以下步驟：步驟1：建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的器件誤差模型和導航誤差方程；步驟2：預熱陀螺儀和加速度計組件，進行基于卡爾曼濾波的單位置精對準；步驟3：根據(jù)精對準結果轉動載體，調整載體位置到近似與導航坐標系重合；步驟4：按照十位置轉位方法轉動環(huán)架，在每個位置采集導航解算得到的速度誤差并計算姿態(tài)誤差變化量，得到觀測量；步驟5：根據(jù)每個位置的導航結果利用最小二乘計算出需要標定的誤差。
【專利說明】一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種旋轉調制捷連慣性導航【技術領域】的器件誤差自主標定方法。

【背景技術】
[0002]旋轉慣導系統(tǒng)所使用的旋轉調制技術能夠提高導航系統(tǒng)長航時導航精度，但是在實際系統(tǒng)應用時，導航精度仍然受慣性器件精度的影響，需要在使用前對慣性器件進行標定。目前對慣性測量單元(IMU)的標定多數(shù)是基于高精度轉臺的，需要把慣導系統(tǒng)拆卸下來送到實驗室進行，此方法雖然能夠保證一定的精度，但是存在操作性差、成本高以及重復性誤差等問題。另外，慣性器件誤差并不是固定不變的，隨著時間的推移，之前所標定的誤差數(shù)值不能再繼續(xù)使用，需要重新進行標定，這不利于長航時導航系統(tǒng)的使用。
[0003]雙軸旋轉慣導系統(tǒng)由于自身帶有兩個環(huán)架，因此可以不借助于轉臺進行自主標定，但是由于環(huán)架并不像轉臺那樣能提供精確的姿態(tài)基準，因此現(xiàn)有系統(tǒng)級標定方法在應用于雙軸旋轉慣導系統(tǒng)時存在障礙，需要設計新的自主標定方法。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于雙軸旋轉慣導系統(tǒng)，避免系統(tǒng)組件定期拆卸，能夠提高長航時導航自主性的在線標定方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的器件誤差模型和導航誤差方程；
[0008]步驟2、預熱陀螺儀和加速度計組件，進行基于卡爾曼濾波的單位置精對準；
[0009]步驟3、根據(jù)精對準結果轉動載體，調整載體位置到近似與導航坐標系重合；
[0010]步驟4、按照十位置轉位方法轉動環(huán)架，在每個位置采集導航解算得到的速度誤差并計算姿態(tài)誤差變化量，得到觀測量；
[0011]步驟5、根據(jù)每個位置的導航結果利用最小二乘計算出需要標定的誤差。
[0012]其中步驟一中所述的建立器件誤差模型包括以下步驟:
[0013]第I步:建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的器件誤差模型；其中:
[0014]加速度計的誤差模型為:
[0015]

【權利要求】
1.一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的器件誤差模型和導航誤差方程； 步驟2、預熱陀螺儀和加速度計組件，進行基于卡爾曼濾波的單位置精對準； 步驟3、根據(jù)精對準結果轉動載體，調整載體位置到近似與導航坐標系重合； 步驟4、按照十位置轉位方法轉動環(huán)架，在每個位置采集導航解算得到的速度誤差并計算姿態(tài)誤差變化量，得到觀測量； 步驟5、根據(jù)每個位置的導航結果利用最小二乘計算出需要標定的誤差。
2.如權利要求1所述的一種雙軸旋轉慣導系統(tǒng)多位置自主標定方法，其特征在于，其中步驟一中所述的建立器件誤差模型包括以下步驟: 第I步:建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的器件誤差模型；其中: 加速度計的誤差模型為: Ve=ACZ^V(I) 其中Vs為加速度計輸出誤差，
為從IMU坐標系即S系到加速度計坐標系的轉換矩陣，Saij為i和j方向上加速度計的安裝誤差角，Saij中的i = X、y、z, j = X、y、z且i關j, Kax> Kay和Kaz分別為x、y和z方向上的加速度計刻度因數(shù)誤差，產(chǎn)為速度計的輸入比力，、和V:為x、y和z方向上的加速度計零偏； 陀螺儀的誤差模型為: Bt =ACf (0s+B(2)其中εη為陀螺儀輸出誤差，
為從MU坐標系到陀螺儀坐標系的轉換矩陣，Sgij為為i和j方向上陀螺儀的安裝誤差角，Sgu中的i = x、y、z，j = X、y、z，且i古j，Kgx、Kgy.和Kgz分別為^7和z方向上的陀螺儀刻度因數(shù)誤差，《3為輸入角速度，ε =[εχ ε y ε Jt為陀螺儀零偏； 第2步:建立雙軸旋轉慣導系統(tǒng)的導航誤差方程:
其中δ Ve, δ Vn, δ Vu分別為東向、北向和天向速度誤差，Δ φΕ、Δ (^和Δ (^分別為系統(tǒng)東向、北向和天向的失準角變化量，Ne、Vv和分別為V?凍向、北向和天向的分量，ε Ε> ^和Su分別為ε η東向、北向和天向的分量，g為重力加速度，L為當?shù)鼐暥?，?ie為地球自轉角速度，ΦΕ0> ΦΝ0> Φυο為系統(tǒng)東向、北向和天向的初始失準角； 第3步:由于自標定過程需要單位置精對準，單位置精對準后，采用陀螺儀和加速度計的誤差模型參數(shù)表示系統(tǒng)的初始失準角ΦΕ(Ι、ΦΝ0> Φκι，則有:
其中VW；T和ε。= [ero εΝ0 ε JT分別為初始對準位置處等效的加速度計和陀螺儀誤差，即:
第4步:提取觀測量； 在雙軸旋轉慣導系統(tǒng)中，有如下關系成立:
其中，Ci1為從外環(huán)架坐標系到載體坐標系的轉換矩陣，C*1為從頂U坐標系到內環(huán)架坐標系的轉換矩陣，C為實時導航解算出的姿態(tài)矩陣，^為單位置精對準結束時刻的姿態(tài)矩陣，Δ φ X為姿態(tài)誤差變化量Δ φ = [Δ φΕ Δ φΝ Δ Φυ]τ構成的反對稱矩陣，因此有
對式(3)中的姿態(tài)誤差方程進行拉普拉斯變換并移項，可得
其中
,對式(9)進行拉普拉斯反變換可得
Λ Φ (t) = B(t)*<ji0_B(t)* ε n(t)(10)
其中*代表卷積
對速度誤差方程進行積分可得
【文檔編號】G01C25/00GK104165638SQ201410386915
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權日:2014年8月7日
【發(fā)明者】付夢印, 鄧志紅, 王博, 任乾 申請人:北京理工大學