应用两位置对准的挠性陀螺比力敏感误差在线标定方法

摘要

本发明公开了一种应用两位置对准的挠性陀螺比力敏感误差在线标定方法，通过外部设备确定载体的初始位置参数，并将其装订至导航计算机；挠性捷联惯导系统进行预热，然后采集挠性陀螺仪和石英加速度计的输出数据；对采集到的挠性陀螺仪和石英加速度计的数据进行处理，完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态；然后对载体在水平位置和竖直位置分别进行精对准，实现对挠性陀螺比力敏感误差的在线标定，将挠性陀螺静态漂移模型中包含的对比力敏感的漂移误差项与对比力不敏感的漂移误差项进行分离并标定，从而精确估计挠性陀螺的静态漂移误差，大大提高挠性陀螺漂移的估计精度，从而提高系统的参数辨识精度和挠性捷联惯组的实际导航性能。

主权项

应用两位置对准的挠性陀螺比力敏感误差在线标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、通过外部设备确定载体的初始位置参数，并将其装订至导航计算机；步骤2、挠性捷联惯导系统进行预热，然后采集挠性陀螺仪和石英加速度计的输出数据，预热时间大于5分钟；步骤3、挠性捷联惯导系统粗对准，初步确定载体的姿态；对采集到的挠性陀螺仪和石英加速度计的数据进行处理，根据挠性捷联惯导系统的误差传播特性和古典控制理论，采用二阶调平法和方位估算法来完成系统的粗对准，初步确定载体的姿态，粗对准时间不少于30秒；步骤4、水平位置在线标定陀螺比力敏感误差；粗对准结束后进入精对准阶段；保持载体在水平位置上静止不动，只作零速修正，不作航向修正，对准时间不少于250秒；对准过程包括建立精对准的系统状态方程和量测方程，对系统进行卡尔曼滤波状态估计；所述的系统状态方程如下：$\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\delta \theta }}_x\\ {\mathrm{\delta \theta }}_y\\ \delta h\\ {\mathrm{\delta v}}_x\\ {\mathrm{\delta v}}_y\\ {\mathrm{\delta v}}_z\\ {\psi }_x\\ {\psi }_y\\ {\psi }_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccccccc}-\frac{v_z}{R}& 0& \frac{v_y}{R^2}& 0& -\frac{1}{R}& 0& 0& 0& 0\\ 0& -\frac{v_z}{R}& -\frac{v_x}{R^2}& \frac{1}{R}& 0& 0& 0& 0& 0\\ -v_y& v_x& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& -g& 0& 0& 2{\Omega }_z& -{(\rho +2\Omega )}_y& 0& -f_z& f_y\\ g& 0& 0& -2{\Omega }_z& 0& {(\rho +2\Omega )}_x& f_z& 0& -f_x\\ 0& 0& 2\frac{g}{R}& {(\omega +\Omega )}_y& -{(\omega +\Omega )}_x& 0& -f_y& f_x& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& {\Omega }_z& -{\omega }_y\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& -{\Omega }_z& 0& {\omega }_x\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& {\omega }_y& -{\omega }_x& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\delta \theta }}_x\\ {\mathrm{\delta \theta }}_y\\ \delta h\\ {\mathrm{\delta v}}_x\\ {\mathrm{\delta v}}_y\\ {\mathrm{\delta v}}_z\\ {\psi }_x\\ {\psi }_y\\ {\psi }_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ {\mathrm{\delta f}}_x^b\\ {\mathrm{\delta f}}_y^b\\ {\mathrm{\delta f}}_z^b\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0\\ sign·{ϵ}_x\\ sign·{ϵ}_y\\ sign·{ϵ}_z\end{array}\right]$δθ——角位置误差矢量；δh——高度误差；δv——速度误差矢量；ψ——角姿态误差；v——载体运动速度矢量；ρ——载体运动角速率矢量；Ω——地球自转角速率矢量；ω——ρ+Ω；g——地球重力加速度；R——地球半径；f——载体感受的比力矢量；${\left[\begin{array}{c}{ϵ}_x\\ {ϵ}_y\\ {ϵ}_z\end{array}\right]}^n=C_b^n{\left[\begin{array}{c}{ϵ}_x\\ {ϵ}_y\\ {ϵ}_z\end{array}\right]}^b=\left[\begin{array}{ccc}{C}_{11}& C_{12}& C_{13}\\ C_{21}& C_{22}& C_{23}\\ C_{31}& C_{32}& C_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}(B_X+DXX·f_x^b+DXY·f_y^b)\\ (B_Y-DXY·f_x^b+DXX·f_y^b)\\ (B_Z+DZX·f_x^b+DZZ·f_z^b)\end{array}\right]$其中，B_X、B_Y、B_Z代表挠性陀螺的常值漂移误差项；DXX、DXY、DZX、DZZ代表挠性陀螺的比力敏感误差项；在静基座对准时，首先使用的外部信息是零速信息，其量测方程为Z₁(t)＝H₁X(t)+η₁(t)＝[0_3×3|I_3×3|0_3×3]X(t)+η₁(t)其次使用的是光学瞄准提供的航向信息，其量测方程为Z₂(t)＝H₂X(t)+η₂(t)＝[0_1×8|1]X(t)+η₂(t)其中，η₁、η₂分别为零速、航向量测噪声矢量；步骤5、载体从水平位置绕俯仰轴切换到竖直位置；步骤6、竖直位置在线标定陀螺比力敏感误差；保持载体在竖直位置上静止不动，作零速修正和航向修正，对准时间不少于250秒；对准过程中包括建立精对准的系统状态方程和量测方程，对系统进行卡尔曼滤波状态估计同步骤4中所述。