带双轴转位机构的惯导系统三位置参数辨识对准方法与流程

技术特征：

1.一种带双轴转位机构的惯导系统三位置参数辨识对准方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在初始位置按照转位机构先绕其中一个框架，记为X框架，转动一定角度，记为a角度，再绕另一框架，记为Y框架，转动一定角度，记为b角度，作为捷联惯导系统自对准的第一位置，采集惯导系统的陀螺和加速度计数据；

根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行粗对准和参数辨识法精对准，得到第一位置姿态矩阵并计算等效北向陀螺漂移和天向加速度零位

(2)绕Y框架转动-b角度得到第二位置，在第二位置采集陀螺和加速度计的输出；

根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行粗对准和参数辨识法精对准，得到第二位置姿态矩阵计算等效北向陀螺漂移和天向加速度零位

(3)绕X框架转动-a角度，回到初始位置，作为第三位置，在第三位置采集陀螺和加速度计的输出；

根据记录的到时刻陀螺和加速度计的输出，进行粗对准和参数辨识法精对准，得到第三位置姿态矩阵计算等效北向陀螺漂移和天向加速度零位

(4)依据三个位置姿态矩阵和和计算结果进行反解得到ε_x、ε_y和ε_z；

${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵ}}_N^I& {\mathrm{\ϵ}}_N^{II}& {\mathrm{\ϵ}}_N^{III}\end{array}\right]}^T=A{\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵ}}_x& {\mathrm{\ϵ}}_y& {\mathrm{\ϵ}}_z\end{array}\right]}^T---\left(1\right)$

其中

利用第三位置的姿态矩阵和ε_x、ε_y和ε_z计算

${\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵ}}_E^{III}& {\mathrm{\ϵ}}_N^{III}& {\mathrm{\ϵ}}_U^{III}\end{array}\right]}^T=C_{b3}^n{\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵ}}_x& {\mathrm{\ϵ}}_y& {\mathrm{\ϵ}}_z\end{array}\right]}^T---\left(2\right)$

依据三个位置姿态矩阵和和测漂结果进行反解得到▽_x、▽_y和▽_z；

${\left[\begin{array}{ccc}{\▿}_U^I& {\▿}_U^{II}& {\▿}_U^{III}\end{array}\right]}^T=B{\left[\begin{array}{ccc}{\▿}_x& {\▿}_y& {\▿}_z\end{array}\right]}^T---\left(3\right)$

其中

利用第三位置的姿态矩阵和▽_x、▽_y和▽_z计算和

${\left[\begin{array}{ccc}{\▿}_E^{III}& {\▿}_N^{III}& {\▿}_U^{III}\end{array}\right]}^T=C_{b3}^n{\left[\begin{array}{ccc}{\▿}_x& {\▿}_y& {\▿}_z\end{array}\right]}^T---\left(4\right)$

(5)根据步骤(4)的计算结果，得到和后，对第三位置的参数辨识精对准计算的失准角进行补偿，得到最终的对准结果。

2.根据权利要求1所述的带双轴转位机构的惯导系统三位置参数辨识对准方法，其特征在于：以第一角度为a＝-90°，第二角度为b＝-90°。

3.根据权利要求1或2所述的带双轴转位机构的惯导系统三位置参数辨识对准方法，其特征在于：

静态情况下，捷联惯导系统通过自身的导航解算得到的速度信息即为速度误差[ΔV_E(t) ΔV_N(t) ΔV_U(t)]^T通过对速度误差按照公式(5)进行参数辨识，具体辨识方法可采用最小二乘法或卡尔曼滤波法；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_E\left(t\right)=({\▿}_E^{III}-{\mathrm{g\φ}}_{N0})t-\left(\frac{1}{2}{\mathrm{gu}}_N\right)t^2+\left(\frac{1}{6}{\mathrm{gu}}_E{\mathrm{\ω}}_{ie}\sin L\right)t^3+V_{DE}\\ {\mathrm{\ΔV}}_N\left(t\right)=({\▿}_N^{III}+{\mathrm{g\φ}}_{E0})t+\left(\frac{1}{2}{\mathrm{gu}}_E\right)t^2+\left(\frac{1}{6}{\mathrm{g\ω}}_{ie}\right(u_N\sin L-u_U\cos L\left)\right)t^3+V_{DN}\\ {\mathrm{\ΔV}}_U\left(t\right)=({\▿}_U^{III}+g)t+V_{DU}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中V_DE、V_DN和V_DU是对做简谐波动的等效干扰加速度的积分，没有随时间增长的趋势；为加速度计在第三个位置的等效加速度计零偏；

可将式(5)改写成：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_E\left(k\right)=a_{1E}\left({\mathrm{kT}}_s\right)+a_{2E}{\left({\mathrm{kT}}_s\right)}^2+a_{3E}{\left({\mathrm{kT}}_s\right)}^3+V_{DE}\\ {\mathrm{\ΔV}}_N\left(k\right)=a_{1N}\left({\mathrm{kT}}_s\right)+a_{2N}{\left({\mathrm{kT}}_s\right)}^2+a_{3N}{\left({\mathrm{kT}}_s\right)}^3+V_{DN}\\ {\mathrm{\ΔV}}_U\left(k\right)=a_{1U}\left({\mathrm{kT}}_s\right)+V_{DU}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中：T_s为捷连惯导系统的采样周期，a_1E＝▽_E-gφ_N0、a_1N＝▽_N+gφ_E0、和a_1U＝▽_U+g均可从速度误差中辨识出；

对a_1E、a_2E、a_3E、a_1N、a_2N、a_3N和a_1U辨识得到后，利用式(7)和式(8)求解得到u_E、u_N、u_U、φ_E0、φ_N0和φ_U0；

$\begin{array}{c}{u}_E=\frac{2a_{2N}}{g}\\ u_N=-\frac{2a_{2E}}{g}\\ u_U=-\frac{6a_{3N}}{{\mathrm{g\ω}}_{ie}\cos L}-\frac{2a_{2E}\tan L}{g}\end{array}---\left(7\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_{E0}=\frac{a_{1N}}{g}-\frac{{\▿}_N^{III}}{g}\\ {\mathrm{\φ}}_{N0}=-\frac{a_{1E}}{g}+\frac{{\▿}_E^{III}}{g}\\ {\mathrm{\φ}}_{U0}={\mathrm{\φ}}_{N0}\tan L-\frac{u_E}{{\mathrm{\ω}}_{ie}\cos L}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_E^{III}}{{\mathrm{\ω}}_{ie}\cos L}\end{array}---\left(8\right)$

其中，ω_ie为地球自转角速度，L为对准所处的当地纬度；

得到u_E、u_N、u_U、φ_E0、φ_N0和φ_U0后，按照式(9)求解得到姿态误差角φ＝[φ_E φ_N φ_U]^T；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_E={\mathrm{\φ}}_{E0}+u_{E}t+\frac{t^2}{2}{\mathrm{\ω}}_{ie}\left(u_N\sin L-u_U\cos L\right)\\ {\mathrm{\φ}}_N={\mathrm{\φ}}_{N0}+u_{N}t-\frac{t^2}{2}{\mathrm{\ω}}_{ie}{u}_E\sin L\\ {\mathrm{\φ}}_U={\mathrm{\φ}}_{U0}+u_{U}t+\frac{t^2}{2}{\mathrm{\ω}}_{ie}{u}_E\sin L\end{array}\right.---\left(9\right)$

依据式(9)得到的φ＝[φ_E φ_N φ_U]^T，按照式(10)对第三位置的姿态矩阵进行更新

${\stackrel{\‾}{C}}_{b3}^n=\[I+(\mathrm{\φ}\×)\]C_{b3}^n---\left(10\right)$

即为经过误差补偿后的最终姿态矩阵。