一种车载惯性导航系统的参数修正方法及系统与流程

本发明涉及惯性导航测量，尤其涉及一种车载惯性导航系统的参数修正方法及系统。

背景技术：

1、惯性导航系统是一种利用惯性传感器测量车载的比力及角速度信息，并结合给定的初始条件实时推算速度、位置等运动参数的自主式导航系统，具有诸多优点，在各个领域都有着广泛的应用。

2、惯性导航系统的精度在很大程度上会受陀螺加表的影响。车载在低动态情况下，能实现的加速度运动、角运动受到的限制较多，且车载的加速、减速工况、路线和时间均不可控，当车载处于较多振动环境下时，由于光纤陀螺的动态误差、方位效应误差等环境干扰项会导致惯性导航系统建模更为困难，从而使陀螺在线修正效果差，造成惯性导航系统的精度低，给工作带来较多困扰。

3、目前，主要采用双轴转台对陀螺加表进行标定。然而，这种方法不仅必须要用到高精度的转台和北向基准，对设备要求较高，而且标定复杂；对于精度要求不高的一些车载来说，若用这种修正方式，不仅修正过程复杂而且成本高，不利于推广。

技术实现思路

1、本发明提供一种车载惯性导航系统的参数修正方法及系统，用以解决现有参数修正方法中修正过程复杂以及成本高的问题。

2、一方面，本发明提供了一种车载惯性导航系统的参数修正方法，所述方法包括：

3、步骤101：将需要修正的子惯导和车载惯性导航系统的基惯导进行捷联安装；

4、步骤102：使所述子惯导和所述基惯导保持静止状态；采集静止状态时的子惯导静止状态数据和基惯导静止状态数据进行计算，得到陀螺加表的零偏误差值；

5、步骤103：将所述子惯导和所述基惯导同步转动设定角度；采集转动过程中的子惯导姿态输出数据和基惯导姿态输出数据进行计算，得到陀螺加表的标度误差值；

6、步骤104：至少依次重复步骤102和步骤103一次，不断更新得到对应的零偏误差值和标度误差值；其中，最后一次同步转动所述子惯导和所述基惯导需使所述子惯导和所述基惯导回到步骤102中的初始位置；

7、步骤105：将最后一次得到的所述零偏误差值和所述标度误差值输入所述子惯导，实现对子惯导的陀螺加表的零偏修正和标度修正。

8、进一步的，所述子惯导的静止状态数据的获取包括：

9、将所述基惯导的对准结果通过传递对准的方式装订给所述子惯导，并作为所述子惯导的初始值。

10、进一步的，所述零偏误差值的计算包括：

11、利用惯性与零速组合对所述子惯导和所述基惯导进行自对准计算，利用卡尔曼滤波器计算陀螺加表的零偏误差值；

12、其中，所述自对准计算包括：

13、构建车载惯性导航系统的静止状态方程和静止量测方程；

14、基于所述静止状态方程和所述静止量测方程，将设定时间内所采集的子惯导静止状态数据和基惯导静止状态数据进行滤波解算，得到静止状态下的零偏误差值。

15、进一步的，所述静止状态方程包括：e(μμt)＝q；

16、所述静止量测方程δz1包括：δz1＝[03×3 i3×3 03×13]x+vi；

17、其中，a表示一步转移矩阵；x表示状态矩阵；μ表示状态噪音；e和q表示单位矩阵；t表示转置；03×3表示3行3列的零矩阵；i3×3表示3行3列的单位矩阵；03×13表示3行13列的零矩阵；i表示量测噪声，i＝1，2，3。

18、进一步的，所述标度误差值的计算包括：

19、利用纯惯与姿态匹配对所述子惯导和所述基惯导进行传递对准和在线标定，利用卡尔曼滤波器计算陀螺加表的标度误差值；

20、其中，传递对准和在线标定包括：

21、构建车载惯性导航系统的转动状态方程和转动量测方程；

22、基于所述转动状态方程和所述转动量测方程，将设定角度内所采集的子惯导姿态输出数据和基惯导姿态输出数据进行滤波解算，得到转动状态下的标度误差值。

23、进一步的，

24、所述转动状态方程包括：e(μμt)＝q；

25、所述转动量测方程包括：δz2＝[03×6 i3×3 03×7 c1]x+vi；

26、其中，a表示一步转移矩阵；x表示状态矩阵；μ表示状态噪音；e和q表示单位矩阵；t表示转置；03×6表示3行6列的零矩阵；i3×3表示3行3列的单位矩阵；03×7表示3行7列的零矩阵；c1表示加速度计与陀螺的捷联矩阵；vi表示量测噪声，i＝1，2，3。

27、进一步的，所述状态矩阵基于卡尔曼滤波器的状态数据得到；其中，所述状态数据至少包括：位置误差δθx、δθy、δθz；速度误差δvx、δvy、δvz；姿态误差ψx、ψy、ψz；陀螺的零偏误差bx、by、bz；陀螺的标度误差sgz，加速度计的零偏误差ax、ay、az；相对姿态的状态变量ex、ey、ez。

28、进一步的，所述设定角度为180°。

29、进一步的，所述设定时间为180秒。

30、另一方面，本发明还提供了一种车载惯性导航系统的参数修正系统，其特征在于，该系统至少包括数据采集模块、数据处理模块、数据修正模块，用于执行上述任一项所述方法的步骤。

31、总体而言，通过本发明所构思的技术方案，与现有技术相比能够取得下列有益效果：

32、本发明提供一种车载惯性导航系统的参数修正方法及系统，采用基于零速修正的地面初始对准，以及姿态匹配的在线标定方案；利用惯导与零速相组合、惯导与外部姿态相匹配的模式，通过已知的零速、航向以及外部姿态信息与惯导的速度、航向、姿态信息相比较，再利用卡尔曼滤波器进行综合处理，以修正陀螺加表的零偏和标度，从而实现对车载惯性导航系统的误差修正。修正方法简单，成本低，适用范围广。

技术特征：

1.一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述子惯导的静止状态数据的获取包括：

3.如权利要求2所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述零偏误差值的计算包括：

4.如权利要求3所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述静止状态方程包括：e(μμt)＝q；

5.如权利要求1所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述标度误差值的计算包括：

6.如权利要求5所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，

7.如权利要求4或6所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述状态矩阵基于卡尔曼滤波器的状态数据得到；其中，所述状态数据至少包括：位置误差δθx、δθy、δθz；速度误差δvx、δvy、δvz；姿态误差ψx、ψy、ψz；陀螺的零偏误差bx、by、bz；陀螺的标度误差sgz，加速度计的零偏误差ax、ay、az；相对姿态的状态变量ex、ey、ez。

8.如权利要求1所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述设定角度为180°。

9.如权利要求3所述的一种车载惯性导航系统的参数修正方法，其特征在于，所述设定时间为180秒。

10.一种车载惯性导航系统的参数修正系统，其特征在于，该系统至少包括数据采集模块、数据处理模块、数据修正模块，用于执行权利要求1～9中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种车载惯性导航系统的参数修正方法及系统，所述方法包括：将需要修正的子惯导和车载惯性导航系统的基惯导进行捷联安装；使所述子惯导和所述基惯导保持静止状态；采集静止状态时的子惯导静止状态数据和基惯导静止状态数据进行计算，得到陀螺加表的零偏误差值；将所述子惯导和所述基惯导同步转动设定角度；采集转动过程中的子惯导姿态输出数据和基惯导姿态输出数据进行计算，得到陀螺加表的标度误差值；至少依次重复上述步骤一次，不断更新得到对应的零偏误差值和标度误差值；将最后一次得到的所述零偏误差值和所述标度误差值输入所述子惯导，实现对子惯导的陀螺加表的零偏修正和标度修正。本发明方法简单方便、成本低、适用性广。

技术研发人员：张正鹏,崔莅杭,葛来,高可垚
受保护的技术使用者：湖北三江航天红峰控制有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17