一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，属于惯性【技术领域】。本标定方法使用低精度无方位基准双轴转位设备，整个标定旋转编排需19个位置，然后以各个位置上的速度误差和天向姿态误差拟合出一阶中间参数Δg以及二阶中间参数最后依据中间参数与误差参数的关系，由最小二乘法计算出各个器件误差参数，为消除由转台引起的定位误差，将前一次迭代计算得到的误差参数和原有的惯性测量单元原始输出数据代入导航方程，再进行一次观测量、中间参数和误差参数残差的解算并进行残差补偿，依此类推，直至迭代计算得到的误差参数残差小于阈值。该标定方法可以大幅降低标定对转台精度的依赖性，具有很好的工程实用性。
【专利说明】一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空航天捷联惯性导航技术中的惯性测量组合测试【技术领域】，具体涉及一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法。与传统标定方法相比，该标定方法适用于双轴转位设备，对转位设备的基准精度要求低且不需要对北。
【背景技术】
[0002]捷联惯性导航系统具有反应时间短、可靠性高、体积小、重量轻等优点，广泛应用于飞机、舰船、导弹等军用和民用导航领域，具有重要的国防意义和巨大的经济效益。
[0003]惯性测量组合是捷联惯性导航系统的核心部件，主要由3个加速度计和3个陀螺组成。
[0004]标定技术是惯性导航领域的核心技术之一，是一种对误差的辨识技术，即建立惯性器件和惯导系统的误差模型，通过一系列的试验求解出误差模型中的误差项，进而通过软件算法对误差进行补偿。惯性测量组合的标定结果好坏直接影响捷联惯性导航系统的精度。
[0005]惯性测量组合标定方法按层次可分为分立式标定和系统级标定两种。当前分立式标定方法的研究已经非常成熟，而系统级标定方法是由20世纪80年代发展起来的，目前正成为标定技术研究的热点。
[0006]分立标定方法是根据陀螺和加速度计的误差模型，利用三轴转台提供的精确速率、姿态和位置，采集惯性测量组合的输出，然后利用最小二乘法辨识误差模型系数。然而分立式标定过分依赖转台的精度，当转台精度不高时，标定结果不理想。
[0007]系统级标定是建立捷联惯导系统导航输出误差与惯性器件误差参数之间的关系，充分考虑惯性器件误差系数的可辨识性，合理安排实验位置，进而辨识出惯性器件的各项误差系数。该方法可以大幅减小甚至克服标定对转台精度的依赖，适合现场标定使用。
[0008]早在上世纪80-90年代，系统级标定方法就已经在国外的工程中得到了推广应用。国内的相关研究起步较晚，近年随着捷联惯导技术的成熟度不断提高，国内也出现了很多介绍系统级标定的文献和资料，但大多数停留在理论研究和仿真验证的阶段。在公开的文献和资料中，国内一般采用低精度的三轴或双轴转台，在引北的条件下在实验室内进行系统级标定。尚未有发现免对北双轴系统级标定算法的相关资料。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，与国内外其他系统级标定方法相比，该标定方法不需对北，同时可以大幅降低标定对转台精度的依赖性，具有很好的工程实用性。
[0010]本发明适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，包含如下步骤:[0011 ] 步骤一:将惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)安装在双轴转位设备上，所述惯性测量单元初始位置保证X轴朝上或朝下，惯性测量单元通电预热后开始采集输出的原始数据，所述惯性测量单元先在第O个位置上静止3-5分钟后，再转动到第I个位置静止3-5分钟，随后转动到第2个位置，依此类推，直至在第18个位置上静止3-5分钟后停止采集惯性测量单元输出的原始数据；
[0012]步骤二:利用步骤一采集的惯性测量单元原始数据，在第O位置上使用双矢量定姿法进行初始对准，进而得到第O位置上导航起始时刻的天向转角if”，然后利用对准结果和第O位置上的采集数据进行导航解算，进而得到第O位置上导航过程中的实时速度vf1、以及实时天向转角『W f设第O位置上导航起始时刻的速度、v；f、
均为0，以速度和天向转角为观测结果拟合出第O位置上的⑽，和一阶中间参数Af ,
所述輸_包含'、4?和fii),所述、47和《”分别为第ο位置上的参数在
X轴、y轴和Z轴上投影的标量，所述包含Δ=1、Δ，和Δ{?」，所述Δ(=、Δ，和Δ，分
别为第O位置上的一阶中间参数Δ，在X轴、y轴和Z轴上投影的标量；
[0013]步骤三:利用步骤一采集的惯性测量单元原始数据，在第i位置上使用双矢量定姿法进行初始对准，所述i=0，1，2……17，然后在第i个位置到第i+Ι个位置的转动过程中以及第i+Ι个位置上的静止过程中进行连续导航，通过导航获取转动到达第i+Ι个位置瞬
间的速度vjf1)、v;f和ν=?1>以及瞬间的天向转角《<叫以及转动完成后在第i+Ι个位置静止过程中的实时速度vf111、vf#和以及实时天向转角en(i+1)，
【权利要求】
1.一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于:包含如下步骤: 步骤一:将惯性测量单元安装在双轴转位设备上，所述惯性测量单元初始位置保证X轴朝上或朝下，惯性测量单元通电预热后开始采集输出的原始数据，所述惯性测量单元先在第O个位置上静止3-5分钟后，再转动到第I个位置静止3-5分钟，随后转动到第2个位置，依此类推，直至在第18个位置上静止3-5分钟后停止采集惯性测量单元输出的原始数据； 步骤二:利用步骤一采集的惯性测量单元原始数据，在第O位置上使用双矢量定姿法进行初始对准，进而得到第O位置上导航起始时刻的天向转角<⑼，然后利用对准结果和第O位置上的采集数据进行导航解算，进而得到第O位置上导航过程中的实时速度V；(0)、v；(0)、vf)以及实时天向转角θ n(°)，设第O位置上导航起始时刻的速度νχ?)、ν；(0)、vf)均为O，以速度和天向转角为观测结果拟合出第O位置上的ω；°)和一阶中间参数Δ。，所述of包含和所述?iQ)、和分别为第O位置上的参数of在X轴、y轴和z轴上投影的标量，所述包含Δ$、和，所述Δ=)、Δ=和分别为第O位置上的一阶中间参数在X轴、y轴和z轴上投影的标量； 步骤三:利用步骤一 采集的惯性测量单元原始数据，在第i位置上使用双矢量定姿法进行初始对准，所述i = 0,1,2……17，然后在第i个位置到第i+Ι个位置的转动过程中以及第i+Ι个位置上的静止过程中进行连续导航，通过导航获取转动到达第i+Ι个位置瞬间的速度vxt+1)、V；J+1)和vzf+1)以及瞬间的天向转角以及转动完成后在第i+Ι个位置静止过程中的实时速度VXB(;+1)、vf+1^pv々+1)以及实时天向转角en(i+1)，
2.根据权利要求1所述的一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于:在步骤一中，导航坐标系选取北天东坐标系。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于:在步骤一中，标定旋转顺序如下表所示: 标定旋转顺序
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于:惯性测量单元坐标系是:X轴与X加速度计输入轴方向相同，Y轴位于X加速度计和Y加速度计输入轴构成的平面内，接近Y加速度计输入轴方向，Z轴方向由右手定则确定。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于:在步骤一中，所述的惯性测量单元通电预热时间为30分钟，原始数据的采样周期为0.01s。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用于低精度无方位基准双轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征 在于:在步骤一中，停止采集惯性测量单元后关闭惯性测量单元。
【文档编号】G01C25/00GK103983274SQ201410145103
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】刘明, 穆杰, 周海, 罗伟, 李泽洪 申请人:湖北航天技术研究院总体设计所