捷联惯导光纤陀螺系统级误差参数现场标定方法

摘要

本发明的目的在于提供捷联惯导光纤陀螺系统级误差参数现场标定方法，包括以下步骤，将光纤陀螺捷联惯性导航系统与姿态测量辅助器件联通，光纤陀螺捷联惯导系统进行初始对准，采集陀螺输出和姿态测量辅助设备的输出值，将光纤陀螺输出值转换为陀螺所在坐标系相对于惯性系的角速度将带入捷联惯导方程中，得到光纤陀螺相对当地地理坐标系的转换矩阵根据姿态测量辅助设备提供的实时姿态角，得到真实的姿态转换矩阵T，从而得到姿态误差矩阵和系统实时姿态误差角，将带入光纤陀螺系统级标定滤波的状态方程中，对各项误差参数进行估计，完成辨识。本发明在标定路径的选择上具有很强的灵活性，大大降低了滤波器状态方程的维数。

主权项

1.捷联惯导光纤陀螺系统级误差参数现场标定方法，其特征是：(1)将需标定的光纤陀螺捷联惯性导航系统与现场提供的姿态测量辅助器件通过数据传输电缆相联通，确保光纤陀螺输出角速度测量值与姿态测量辅助器件输出的载体姿态角一致，并能够被计算机保存；(2)光纤陀螺捷联惯导系统进行初始对准，确定陀螺所在坐标系的初始姿态，得到姿态四元数的初始值；(3)将光纤陀螺捷联惯导系统和姿态测量辅助设备按预先设定好的标定路径进行转动，采集陀螺输出和姿态测量辅助设备的输出值；(4)利用光纤陀螺出厂时提供的标度因数，将光纤陀螺输出值转换为陀螺所在坐标系相对于惯性系的角速度(5)将带入捷联惯导方程中，得到光纤陀螺相对当地地理坐标系的转换矩阵(6)根据姿态测量辅助设备提供的实时姿态角，得到真实的姿态转换矩阵T；(7)通过与T的乘积，得到姿态误差矩阵利用系统姿态误差角与姿态矩阵的关系得到系统实时姿态误差角Z＝[φ_E φ_N φ_u]^T。(8)将带入光纤陀螺系统级标定kalman滤波的状态方程中$\stackrel{·}{\stackrel{‾}{X}}\left(t\right)=A\left(t\right)\bar{X}\left(t\right)+G\left(t\right)\bar{W}\left(t\right)$$=\left[\begin{array}{cc}{A}_1\left(t\right)& A_2\left(t\right)\\ & O_{12\times 15}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\bar{X}}_0^T\\ {\bar{X}}_g^T\end{array}\right]+G\left(t\right)\bar{W}\left(t\right)$其中$A_1=\left[\begin{array}{ccc}0& {\omega }_{\mathrm{ie}}\sin L& {-\omega }_{\mathrm{ie}}\cos L\\ {-\omega }_{\mathrm{ie}}\sin L& 0& 0\\ {\omega }_{\mathrm{ie}}\cos L& 0& 0\end{array}\right],$L为标定场地的经度值，ωie为地球自转角速度，$A_2=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{C}_{11}& C_{12}& C_{13}& C_{11}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{12}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& C_{13}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{11}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& {-C}_{11}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& {-C}_{12}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{12}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{13}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& {-C}_{13}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b\\ C_{21}& C_{22}& C_{23}& C_{21}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{22}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& C_{23}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{21}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& {-C}_{21}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& {-C}_{22}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{22}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{23}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& {-C}_{23}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b\\ C_{31}& C_{32}& C_{33}& C_{31}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{32}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& C_{33}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{31}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b& {-C}_{31}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& {-C}_{32}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& C_{32}{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b& C_{33}{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b& {-C}_{33}{\omega }_{\mathrm{iby}}^b\end{array}\right],$X_O＝[φ_E φ_N φ_u]^T，X_g＝[b_gx b_gy b_gz S_gx S_gy S_gz Δ_xy Δ_xz Δ_yx Δ_yz Δ_zx Δ_zy]，为待标定的光纤陀螺误差参数，b_g为陀螺零漂，S_g为陀螺标度因数误差，Δ为陀螺安装误差，$G\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{C}_b^n\\ O_{12\times 3}\end{array}\right],$$\bar{W}\left(t\right)={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\delta ϵ}}_x^b& {\mathrm{\delta ϵ}}_y^b& {\mathrm{\delta ϵ}}_z^b\end{array}\right]}^T$陀螺产生的随机噪声干扰；将Z＝[φ_E φ_N φ_u]^T带入滤波器观测方程中：Z(t)＝HX(t)+V(t)$V\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\sigma \gamma }\\ \mathrm{\sigma \theta }\\ \mathrm{\sigma \psi }\end{array}\right]$为系统观测白噪声；利用kalman滤波器原理，对X_g中各项误差参数进行估计，完成对光纤陀螺各项误差参数的辨识。