一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种旋转调制捷连惯性导航【技术领域】的器件误差自主标定方法。
【背景技术】
[0002]旋转惯导系统所使用的旋转调制技术能够提高导航系统长航时导航精度，但是在实际系统应用时，导航精度仍然受惯性器件精度的影响，需要在使用前对惯性器件进行标定。目前对惯性测量单元(IMU)的标定多数是基于高精度转台的，需要把惯导系统拆卸下来送到实验室进行，此方法虽然能够保证一定的精度，但是存在操作性差、成本高以及重复性误差等问题。另外，惯性器件误差并不是固定不变的，随着时间的推移，之前所标定的误差数值不能再继续使用，需要重新进行标定，这不利于长航时导航系统的使用。
[0003]双轴旋转惯导系统由于自身带有两个环架，因此可以不借助于转台进行自主标定，但是由于环架并不像转台那样能提供精确的姿态基准，因此现有系统级标定方法在应用于双轴旋转惯导系统时存在障碍，需要设计新的自主标定方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种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。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法，包括以下步骤:
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]其中步骤一中所述的建立器件误差模型包括以下步骤:
[0013]第I步:建立双轴旋转惯导系统的器件误差模型；其中:
[0014]加速度计的误差模型为:
[0015]
【权利要求】
1.一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。
2.如权利要求1所述的一种双轴旋转惯导系统多位置自主标定方法，其特征在于，其中步骤一中所述的建立器件误差模型包括以下步骤: 第I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: Ve=ACZ^V(I) 其中Vs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，Saij为i和j方向上加速度计的安装误差角，Saij中的i = X、y、z, j = X、y、z且i关j, Kax> Kay和Kaz分别为x、y和z方向上的加速度计刻度因数误差，产为速度计的输入比力，、和V:为x、y和z方向上的加速度计零偏； 陀螺仪的误差模型为: Bt =ACf (0s+B(2)其中εη为陀螺仪输出误差，
为从MU坐标系到陀螺仪坐标系的转换矩阵，Sgij为为i和j方向上陀螺仪的安装误差角，Sgu中的i = x、y、z，j = X、y、z，且i古j，Kgx、Kgy.和Kgz分别为^7和z方向上的陀螺仪刻度因数误差，《3为输入角速度，ε =[εχ ε y ε Jt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δ Ve, δ Vn, δ Vu分别为东向、北向和天向速度误差，Δ φΕ、Δ (^和Δ (^分别为系统东向、北向和天向的失准角变化量，Ne、Vv和分别为V?冻向、北向和天向的分量，ε Ε> ^和Su分别为ε η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，ΦΕ0> ΦΝ0> Φυο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ΦΕ(Ι、ΦΝ0> Φκι，则有:
其中VW；T和ε。= [ero εΝ0 ε JT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，Ci1为从外环架坐标系到载体坐标系的转换矩阵，C*1为从頂U坐标系到内环架坐标系的转换矩阵，C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，Δ φ X为姿态误差变化量Δ φ = [Δ φΕ Δ φΝ Δ Φυ]τ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
Λ Φ (t) = B(t)*<ji0_B(t)* ε n(t)(10)
其中*代表卷积
对速度误差方程进行积分可得
【文档编号】G01C25/00GK104165638SQ201410386915
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】付梦印, 邓志红, 王博, 任乾 申请人:北京理工大学