一种离散解析与Kalman滤波结合的激光陀螺IMU标定方法

摘要

本发明提供一种离散解析与Kalman滤波结合的激光陀螺IMU标定方法，该方法结合了离散解析与系统级滤波两种标定方法的优点；首先根据激光陀螺IMU的角速度和加速度通道误差模型，采用四方位旋转速率离散解析方法，初步标定出角速度和加速度通道的全部24个标定系数；然后以标定系数的误差值为状态变量，采用带杆臂效应补偿的Kalman滤波方法估计出标定系数的误差值，并修正得到精确的标定系数。该方法消除了标定过程中减振装置变形、陀螺和加速度计漂移等随机误差而引起的误差，提高了标定系数的精度，减小了导航解算的误差。

主权项

一种离散解析与Kalman滤波结合的激光陀螺IMU标定方法，其特征在于包括下列步骤：步骤(1)、根据激光陀螺及加速度计的特性，建立激光陀螺IMU角速度和加速度通道的确定性误差模型，模型参数包括：x、y、z三轴陀螺输入角速度ω_x、ω_y、ω_z，三轴陀螺输出角速度G_x、G_y、G_z，三轴陀螺零偏G_bx、G_by、G_bz，三轴陀螺标度因数S_x、S_y、S_z，三轴陀螺随机误差δG_x、δG_y、δG_z，角速度通道的六个安装误差系数E_xy、E_xz、E_yx、E_yz、E_zx、E_zy；x、y、z三轴加速度计的输入加速度a_x、a_y、a_z，三轴加速度计输出加速度A_x、A_y、A_z，三轴加速度计零偏A_bx、A_by、A_bz，三轴加速度计标度因数K_x、K_y、K_z，三轴加速度计随机误差δA_x、δA_y、δA_z和加速度通道的六个安装误差系数M_xy、M_xz、M_yx、M_yz、M_zx、M_zy；步骤(2)、根据步骤(1)中建立的激光陀螺IMU角速度和加速度通道确定性误差模型，采用四方位旋转速率离散解析方法，初步标定出三轴陀螺零偏G_bx、G_by、G_bz，三轴陀螺标度因数S_x、S_y、S_z，角速度通道的六个安装误差系数E_xy、E_xz、E_yx、E_yz、E_zx、E_zy，三轴加速度计零偏A_bx、A_by、A_bz，三轴加速度计标度因数K_x、K_y、K_z和加速度通道六个安装误差系数M_xy、M_xz、M_yx、M_yz、M_zx、M_zy共24个标定系数；步骤(3)、建立激光陀螺IMU角速度和加速度通道的随机误差模型，模型参数包括：三轴陀螺随机误差δG_x、δG_y、δG_z，三轴陀螺随机游走ε_x、ε_y、ε_z、三轴陀螺随机游走驱动噪声三轴陀螺标度因数误差δS_x、δS_y、δS_z，角速度通道六个安装误差系数偏差δE_xy、δE_xz、δE_yx、δE_yz、δE_zx、δE_zy；三轴加速度计随机误差δA_x、δA_y、δA_z，三轴加速度计随机游走三轴加速度计随机游走驱动噪声三轴加速度计标度因数误差δK_x、δK_y、δK_z，加速度通道安装误差系数偏差δM_xy、δM_xz、δM_yx、δM_yz、δM_zx、δM_zy，根据随机误差模型和惯性导航解算的基本原理，建立Kalman滤波的状态方程；步骤(4)、选取东、北、天向的速度误差δV_E、δV_N、δV_U作为观测量，建立带杆臂效应补偿的Kalman滤波量测方程；步骤(5)、用Kalman滤波估计步骤(3)中24个随机误差模型参数ε_x、ε_y、ε_z、δS_x、δS_y、δS_z、δE_xy、δE_xz、δE_yx、δE_yz、δE_zx、δE_zy、δK_x、δK_y、δK_z、δM_xy、δM_xz、δM_yx、δM_yz、δM_zx、δM_zy，并与步骤(2)中的24个标定系数对应相加进行修正，重复此步骤，直到所有的标定系数都收敛为止，收敛条件为连续十分钟内24个标定系数在修正前后相对变化小于0.05％；所述的带杆臂效应补偿的Kalman滤波量测方程中，量测量Z是经杆臂效应补偿后的激光陀螺IMU东、北、天向的速度误差δV_E、δV_N、δV_U；$Z=\left[\begin{array}{c}\delta V_E\\ {\mathrm{\delta V}}_N\\ {\mathrm{\delta V}}_U\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_E\\ V_N\\ V_U\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}d{V}_{lE}^n\\ {\mathrm{dV}}_{lN}^n\\ {\mathrm{dV}}_{lU}^n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_E-d{V}_{lE}^n\\ V_N-{\mathrm{dV}}_{lN}^n\\ V_U-{\mathrm{dV}}_{lU}^n\end{array}\right]$其中，V_E、V_N、V_U分别是激光陀螺IMU东、北、天向的速度，分别为杆臂效应在东、北、天向附加的速度误差。