光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于惯性导航领域，尤其涉及一种利用卡尔曼滤波方程进行标定的，光纤 陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法。
【背景技术】
[0002] 捷联惯性系统就是将惯性测量单元（加速度计与陀螺仪）与载体固联，陀螺仪和 加速度计分别测量载体相对惯性空间的转动角速度和线加速度沿运载体坐标系的分量，经 过坐标变换和积分计算，得到运载体的位置、速度、姿态等信息。可以说，加速度计和陀螺仪 是捷联惯性导航系统中最重要、最基础的组成部分。
[0003]目前，为了提高惯性仪表的精度，主要有硬件、软件两条途径，硬件方面一是对原 有惯性仪表从物理结构及工艺上进行改进，二是研宄开发新型的、性能更为优越的惯性仪 表。软件方面是对惯性仪表进行测试，建立误差模型方程，通过误差补偿来提高仪表的实际 使用精度。然而，单靠改进仪表的设计来提高惯性仪表的精度在加工、制造、装配及调试中 遇到的困难越来越多，成本也越来越高。因此利用软件补偿来提高实际使用精度成为一条 可行的途径。这样，惯性仪表和惯性系统的测试技术的重要日益突出，根据测试数据，通过 误差补偿措施提高使用精度，这个过程也就是标定。
[0004] 标定技术本质上也是一种误差补偿技术。所谓误差补偿技术就是建立惯性元件和 惯导系统的误差数学模型，通过一定的试验来确定模型系数，进而通过软件算法来消除误 差。惯性元件和惯导系统在出厂之前，必须通过标定来确定基本的误差数学模型参数，以保 证元件和系统的正常工作。而且惯性元件高阶误差项的研宄、惯导系统恶劣动态环境下的 误差补偿都是在标定的基础上进行的，可以说标定工作是整个误差补偿技术的基础。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能够提高标定效率的，光纤陀螺捷联惯导系统加速度计 内杆臂标定方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法，包括以下几个步骤：
[0008] 步骤一：将光纤陀螺捷联惯导设备放置在三轴转台上并且靠近转台的旋转中心， 初始时转台的外框、中框和内框的旋转轴依次为天向、东向和北向；
[0009] 步骤二：连通光纤陀螺捷联惯导设备与转台之间的电缆；
[0010] 步骤三：完成初始对准得到初始姿态值后进行分立式标定实验，根据实验结果得 到加速度计和陀螺仪的标度因数、安装误差和常值偏移；
[0011] 步骤四：将转台的外框、中框和内框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以 60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟；
[0012] 待转台停止运动后，将转台的外框、中框和内框定位到0°、45°、0°，定位完成后 使外框以60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟；
[0013] 待转台停止运动后，将转台的外框、中框和内框定位到0°、90°、45°，定位完成 后使外框以60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟；
[0014] 得到加速度计输出的加速度和陀螺仪输出的角速度，解算出线速度误差；
[0015] 步骤五：根据加速度计内杆臂效应误差模型，以捷联惯导系统输出的线速度误差 和三轴加速度计内杆臂为状态量，以线速度误差为观测量建立卡尔曼滤波器；
[0016] 步骤六：选择滤波初值，利用卡尔曼滤波器进行滤波，得到收敛的内杆臂滤波结 果。
[0017] 本发明光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法，还可以包括：
[0018] 建立卡尔曼滤波器为：
[0019]
【主权项】
1. 光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法，其特征在于，包括以下几个步 骤： 步骤一：将光纤陀螺捷联惯导设备放置在三轴转台上并且靠近转台的旋转中心，初始 时转台的外框、中框和内框的旋转轴依次为天向、东向和北向； 步骤二：连通光纤陀螺捷联惯导设备与转台之间的电缆； 步骤三：完成初始对准得到初始姿态值后进行分立式标定实验，根据实验结果得到加 速度计和陀螺仪的标度因数、安装误差和常值偏移； 步骤四：将转台的外框、中框和内框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟； 待转台停止运动后，将转台的外框、中框和内框定位到0°、45°、0°，定位完成后使外 框以60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟； 待转台停止运动后，将转台的外框、中框和内框定位到0°、90°、45°，定位完成后使 外框以60° /s的角速度开始匀速转动，持续时间为2分钟； 得到加速度计输出的加速度和陀螺仪输出的角速度，解算出线速度误差； 步骤五：根据加速度计内杆臂效应误差模型，以捷联惯导系统输出的线速度误差和三 轴加速度计内杆臂为状态量，以线速度误差为观测量建立卡尔曼滤波器； 步骤六：选择滤波初值，利用卡尔曼滤波器进行滤波，得到收敛的内杆臂滤波结果。
2. 根据权利要求1所述的光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法，其特征在 于： 所述的建立卡尔曼滤波器为：
其中，
％线速度误差在X轴、Y 轴、Z轴方向的投影，rn= [rnxrnyrnz]，为待标定的内杆臂参数，n=x、y、z，W(t)、V(t)为 白噪声；
%捷联矩阵，通过四阶龙格库塔法 解算得到；
【专利摘要】本发明公开了一种光纤陀螺捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法。包括以下步骤，将光纤陀螺惯导设备放置在转台上并完成转台的初始配置，测试电缆线是否连通，确保数据正常传输；完成系统的初始对准和分立式标定实验，得到陀螺仪和加速度计的静态误差参数值；使转台按照标定路径设计的方式运动，通过对陀螺仪和加速度计的数据采集，完成内杆臂标定实验；处理内杆臂标定实验所得的数据，以系统的线速度误差为观测量，建立卡尔曼滤波器；选择合适的滤波初值，根据卡尔曼滤波基本方程对系统进行卡尔曼滤波，得到收敛的内杆臂参数值。本发明大大缩短了卡尔曼滤波时间，提高了效率，具有很高的实用性。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN104697553
【申请号】CN201510112353
【发明人】周广涛, 许伟通, 张思, 叶攀, 杨建通, 陈小炜, 程果, 白红美, 韩子龙
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月13日