一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是惯性导航系统技术领域，特别是涉及船用双轴旋转光纤陀螺捷联 惯导系统的一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法。 技术背景
[0002] 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传感器 和捷联式惯性导航系统的误差模型，通过一定的实验来确定模型系数，进而通过软件算法 来消除惯性器件误差（陀螺和加速度计误差）。可以说标定工作是整个误差补偿技术的基 础。
[0003] 在以往的双轴标定旋转方案中，多是利用速度误差、位置误差，作为观测量，再通 过最小二乘的方法加以计算误差参数。例如专利申请号为201310463644. X，名称为"一种双 轴旋转惯导系统自标定方法"（暂取名专利1)中，主要是利用加速度计和陀螺仪原始数据 进行粗对准，然后利用对准结果(^对IMU (惯性测量单元，其中包含陀螺仪和加速度计）进 行调整（頂1]固定在转台上，利用转台将頂U进行旋转，旋转角度与对准结果的角度相反，这 样就将頂U调整到了地理坐标系，但是有一定的误差），然后根据旋转方案对頂U进行一系 列翻转，翻转前已进入导航状态，由于翻转过程产生速度误差，利用最小二乘法将速度误差 作为观测量，计算出需要标定的误差参数。图1为此方案的基本原理框图。采用专利1标 定方案存在如下问题，利用粗对准结果对MU进行旋转调整，将调整后的位置当做地理坐 标系存在较大误差，并且其余旋转位置均利用第一次调整后的位置作为基准，由于双轴转 位机构本身就存在转位误差，这样会使误差积累越来越大，使计算出的误差参数的准确度 严重下降。本发明与专利1不同的是利用初始对准结果（包括精对准）不调整IMU姿态， 直接进行导航、翻转，利用速度误差做观测量进行卡尔曼估计，本发明利用精对准方法对比 专利1利用粗对准方法，操作简单，对惯性器件误差估计更加准确，而且本发明利用卡尔曼 滤波技术相比较专利1的最小二乘法，时间更短，精度更高。
[0004] 专利申请号为201210050032. 3名称为"一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统 的标定方法"（暂取名专利2)中是利用控制高精度双轴转台至各个基准方向（有方向与水 平基准），例如东向、北向、天向，利用转台旋转不同角速度，将输出数据保存并存储到标定 矩阵内，利用最小二乘法解算加速度计误差参数，利用解析法计算陀螺误差参数。本发明与 该专利2不同的是不需要方位与水平基准，而是利用初始对准结果确定捷联矩阵（实际应 用中很少能提供方向与水平基准），而且本发明利用卡尔曼滤波技术对误差参数估计，对比 该专利2的最小二乘法，标定时间短，操作简单，且适用性强。
[0005] 发明目的
[0006] 本发明目的在于提供一种适用于带有双轴转位结构的光纤捷联惯导系统的基于 双轴转位机构光纤陀螺标定方法。
[0007] 本发明是这样实现的：
[0008] 基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法，包括如下步骤：
[0009] (1)利用转台将惯性测量单元姿态调整到地理坐标系；
[0010] (2)惯性测量单元预热后并初始对准，确定惯性测量单元坐标系相对地理坐标系 初始姿态C，s代表頂U坐标系，η代表地理坐标系；
[0011] (3)对准完成后同时进入导航状态，进行第一次翻转，绕惯性测量单元的Ζ轴以 3° /s角速度翻转180°，逆时针为正；
[0012] (4)利用步骤（3)翻转过程角速度和比力与Z轴陀螺标度因数误差δ kgz、Z轴加 速度计标度因数误差S kaz耦合，根据加速度计和陀螺误差模型，成为测量误差，代入导航 误差方程中，成为速度误差；
[0013] (5)由步骤（4)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将Z轴陀螺标度 因数误差与Z轴加速度计标度因数误差估计出来；
[0014] (6)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移（ε s)与 加速度计零偏（▽ s);
[0015] (7)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元 的Z轴以3° /s角速度翻转90° ;
[0016] (8)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0017] (9)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，并进行翻转绕惯性测量单元的 Z轴以3° /s角速度翻转-180° ;
[0018] (10)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0019] (11)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转由位置四至位 置五绕惯性测量单元的Z轴以3° /s角速度翻转-90° ;
[0020] (12)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0021] (13)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单 元的X轴以3° /s角速度翻转90° ;
[0022] (14)利用步骤（13)翻转过程角速度和比力与X轴陀螺标度因数误差δ kay、Y轴 加速度计标度因数误差S kgx耦合，根据加速度计和陀螺误差模型，成为测量误差，代入导 航误差方程中，最终成为速度误差；
[0023] (15)再由步骤（14)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将X轴陀螺 标度因数误差、Y轴加速度计标度因数误差估计出来；
[0024] (16)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0025] (17)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单 元的Z轴以3° /s角速度翻转180° ;
[0026] (18)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0027] (19)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单 元的Z轴以3° /s角速度翻转90° ;
[0028] (20)利用步骤（19)翻转过程比力与X轴标度因数误差δ kax耦合，根据加速度计 误差模型，使之成为测量误差，代入导航误差方程中，成为速度误差；
[0029] (21)再由步骤（20)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将X轴标度 因数误差估计出来；
[0030] (22)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0031] (23)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单 元的Z轴以3° /s角速度翻转-180° ;
[0032] (24)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0033] (25)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单 元的Z轴以3° /s角速度翻转-90° ;
[0034] (26)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常 值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移ε s与加 速度计零偏▽ s;
[0035] (27)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量