一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法

摘要

本发明提供一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法，适用于双轴旋转惯导系统，避免系统组件定期拆卸，能够提高长航时导航自主性的在线标定方法。包括以下步骤：步骤1：建立双轴旋转惯导系统的器件误差模型和导航误差方程；步骤2、预热陀螺仪和加速度计组件，进行基于卡尔曼滤波的单位置精对准；步骤3、根据精对准结果转动载体，调整载体位置到近似与导航坐标系重合；步骤4、按照十位置转位方法转动环架，在每个位置采集导航解算得到的速度误差并计算姿态误差变化量，得到观测量；步骤5、根据每个位置的导航结果利用最小二乘计算出需要标定的误差。

主权项

一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立双轴旋转惯导系统的器件误差模型和导航误差方程；步骤2、预热陀螺仪和加速度计组件，进行基于卡尔曼滤波的单位置精对准；步骤3、根据精对准结果转动载体，调整载体位置到近似与导航坐标系重合；步骤4、按照十位置转位方法转动环架，在每个位置采集导航解算得到的速度误差并计算姿态误差变化量，得到观测量；步骤5、根据每个位置的导航结果利用最小二乘计算出需要标定的误差；所述步骤一中所述的建立器件误差模型包括以下步骤：第1步：建立双轴旋转惯导系统的器件误差模型；其中：加速度计的误差模型为：其中为加速度计输出误差，为从IMU坐标系即s系到加速度计坐标系的转换矩阵，S_aij为i和j方向上加速度计的安装误差角，S_aij中的i＝x、y、z，j＝x、y、z且i≠j，K_ax、K_ay和K_az分别为x、y和z方向上的加速度计刻度因数误差，f^s为速度计的输入比力，和为x、y和z方向上的加速度计零偏；陀螺仪的误差模型为：其中ε_n为陀螺仪输出误差，为从IMU坐标系到陀螺仪坐标系的转换矩阵，S_gij为为i和j方向上陀螺仪的安装误差角，S_gij中的且i≠j，K_gx、K_gy.和K_gz分别为x、y和z方向上的陀螺仪刻度因数误差，ω_s为输入角速度，ε＝[ε_x ε_y ε_z]^T为陀螺仪零偏；第2步：建立双轴旋转惯导系统的导航误差方程：其中δV_E,δV_N,δV_U分别为东向、北向和天向速度误差，Δφ_E、Δφ_N和Δφ_U分别为系统东向、北向和天向的失准角变化量，和分别为东向、北向和天向的分量，ε_E、ε_N和ε_U分别为ε_n东向、北向和天向的分量，g为重力加速度，L为当地纬度，ω_ie为地球自转角速度，φ_E0、φ_N0、φ_U0为系统东向、北向和天向的初始失准角；第3步：由于自标定过程需要单位置精对准，单位置精对准后，采用陀螺仪和加速度计的误差模型参数表示系统的初始失准角φ_E0、φ_N0、φ_U0，则有：其中和ε₀＝[ε_E0 ε_N0 ε_U0]^T分别为初始对准位置处等效的加速度计和陀螺仪误差，即：第4步：提取观测量；在双轴旋转惯导系统中，有如下关系成立：其中，为从外环架坐标系到载体坐标系的转换矩阵，为从IMU坐标系到内环架坐标系的转换矩阵，为实时导航解算出的姿态矩阵，为单位置精对准 结束时刻的姿态矩阵，Δφ×为姿态误差变化量Δφ＝[Δφ_E Δφ_N Δφ_U]^T构成的反对称矩阵，因此有对式(3)中的姿态误差方程进行拉普拉斯变换并移项，可得其中对式(9)进行拉普拉斯反变换可得Δφ(t)＝B(t)*φ₀‑B(t)*εⁿ(t)      (10)其中*代表卷积，对速度误差方程进行积分可得