[發(fā)明專利]一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210054084.8
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102589546A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘆佳振;李保國;張春熹;劉航
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C25/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抑制器件斜坡誤差影響的光纖捷聯(lián)慣組往復(fù)式兩位置尋北方法，屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

1、光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)

捷聯(lián)慣導(dǎo)是一種完全自主的導(dǎo)航方式，它具有不依賴外界信息，隱蔽性強，機動靈活等優(yōu)點，且具備多功能參數(shù)輸出；與平臺慣導(dǎo)相比，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不需要精密的穩(wěn)定平臺，減少了硬件結(jié)構(gòu)，因而成本大大降低。光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)一般由三個光纖陀螺與三個加速度計組成。其中，光纖陀螺與傳統(tǒng)的機械陀螺相比，具有無運動部件、耐沖擊、抗加速運動、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、分辨率高、動態(tài)范圍寬、啟動時間極短等突出優(yōu)點；與激光陀螺儀相比，能夠有效地克服閉鎖現(xiàn)象，易于制造，成本低，已成為新一代理想慣性器件，目前已發(fā)展成為慣性技術(shù)領(lǐng)域具有劃時代特征的新型主流儀表，未來的慣性設(shè)備領(lǐng)域中將占據(jù)重要地位。

2、初始對準(zhǔn)技術(shù)

光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種積分推算系統(tǒng)，這就需要預(yù)先給定積分初始值(包括位置、速度和姿態(tài))。載體的位置與速度初值較容易得到，如在靜止?fàn)顟B(tài)下開始導(dǎo)航時，初始速度為零，也可以利用外部數(shù)據(jù)直接裝訂。而初始姿態(tài)值相對而言較難得到，這時需要依賴慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)過程來實現(xiàn)。初始對準(zhǔn)誤差是光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)主要的測量誤差源，初始對準(zhǔn)誤差對系統(tǒng)的誤差影響不僅表現(xiàn)在姿態(tài)測量輸出上，而且表現(xiàn)在速度和位置測量輸出上。由于初始對準(zhǔn)的精度、對準(zhǔn)時間直接影響導(dǎo)航精度和準(zhǔn)備時間，所以初始對準(zhǔn)技術(shù)一直是慣導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。按照對外信息需求的不同，初始對準(zhǔn)可分為自主式對準(zhǔn)和非自主式對準(zhǔn)。自主式對準(zhǔn)指慣導(dǎo)系統(tǒng)依靠重力矢量和地球自轉(zhuǎn)角速度矢量就可以實現(xiàn)對準(zhǔn)，而不需要其他外部信息，該方式對慣性儀表精度要求較高，對準(zhǔn)時間通常較長；非自主式對準(zhǔn)指通過機電或者光學(xué)方法直接引入外部姿態(tài)信息或通過引入外部主慣導(dǎo)的導(dǎo)航信息等方法來完成的初始對準(zhǔn)。

初始對準(zhǔn)的兩項重要指標(biāo)是對準(zhǔn)時間和對準(zhǔn)精度。對于自主式對準(zhǔn)，為了提高初始對準(zhǔn)的精度，一方面可以提高慣性器件的精度，但是由于提高慣性器件的精度需要增加系統(tǒng)的成本，此外受加工水平的限制，無限制的提高器件的精度是很難實現(xiàn)的；另一方面就是對影響初始對準(zhǔn)精度的器件誤差進(jìn)行補償，可以使現(xiàn)有精度的慣性器件達(dá)到較高精度的初始對準(zhǔn)精度。

常用的初始對準(zhǔn)方法有：解析式對準(zhǔn)方法、羅經(jīng)回路對準(zhǔn)方法、方位估算方法、兩位置卡爾曼濾波對準(zhǔn)法等。在兩位置卡爾曼濾波對準(zhǔn)過程中，一般集中在對方位失準(zhǔn)角的估計，同時還能觀測一部分陀螺漂移誤差。

3、慣性器件誤差補償

根據(jù)初始對準(zhǔn)的原理，在對準(zhǔn)過程中，慣性器件的常值誤差的存在是導(dǎo)致尋北精度難以提高的主要因素。慣性器件的常值誤差雖然可以對器件建立誤差模型后，通過預(yù)先標(biāo)定補償一部分，但是由于常值誤差實際上也是隨時間改變的，每次上電后都不一樣，如陀螺常值漂移除了有逐次啟動誤差外，還有逐日漂移的變化，即在一次啟動后隨著陀螺儀運轉(zhuǎn)時間的增長，陀螺常值漂移量也在緩慢地變化著，因此標(biāo)定后仍存在常值誤差。在實際工程應(yīng)用中，器件漂移往往不完全是常值，還伴隨著隨機斜坡漂移。相比常值誤差，隨機斜坡漂移由于隨時間的變化較快，會降低尋北精度，并且一般斜率不定，依靠建模補償比較困難，而常用的最優(yōu)兩位置對準(zhǔn)無法抑制該項誤差對尋北的精度影響。

通常采用卡爾曼濾波方法在線估計慣性器件的常值誤差進(jìn)行補償，最常見的對準(zhǔn)方案有最優(yōu)兩位置對準(zhǔn)方案，但是最優(yōu)兩位置對準(zhǔn)方案并不能解決器件隨機斜坡漂移對尋北精度的影響。因此如何充分利用對準(zhǔn)過程中的零速信息，建立合適的尋北方案消除器件斜坡漂移的影響，對于提高光纖捷聯(lián)慣組的尋北精度將具有非常重要的軍事意義和實用價值。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，通常采用卡爾曼濾波方法在線估計慣性器件的常值誤差，并進(jìn)行補償，對于固定位置的靜基座對準(zhǔn)方案，由于陀螺常值漂移與可觀測程度較差，因此估計精度不高，加速度計零偏估計不出來，造成補償效果并不理想。針對靜基座捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)時可觀測性差的缺點：