[發明專利]高動態環境下慣性導航系統桿臂效應誤差在線標定方法

無效

• 申請號: 201410196239.0
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN104019828A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 王潔;熊智;彭惠;孫永榮;許建新;邢麗;趙慧;柏青青;潘加亮;程嬌嬌;林愛軍;王融;孔雪博;施麗娟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種高動態環境下慣性導航系統桿臂效應誤差在線標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、建立動態標定桿臂效應誤差模型：

桿臂效應引起的加速度計誤差模型表示為：

??????????????????????????????????????????????????????(1)

式(1)中，為桿臂長度，為陀螺儀輸出的角速率，為陀螺儀輸出角速率的一階微分；

取東北天地理坐標系為導航坐標系，機體坐標系取“右前上”坐標系，則桿臂效應引起的速度誤差和位置誤差在導航坐標系的投影為：

????(2)

其中，為機體坐標系到導航坐標系的轉換矩陣，且，為的反對稱矩陣；

設在高超聲速飛行器動態飛行過程中，桿臂長度的變化為隨機常數，即

??????(3)

考慮桿臂效應誤差影響，捷聯慣性導航系統的速度誤差方程為：

????(4)

式(4)中，且,,分別為東北天三個方向的速度，,分別為對應的速度誤差及其一階微分；且,,分別為東北天三個方向的數學平臺誤差角；為加速度計輸出的比力，為桿臂效應誤差項；為地球自轉角速率在導航坐標系的投影，為對應的誤差；為導航坐標系相對地球坐標系的角速率在導航坐標系的投影，為對應的誤差；且,,分別為東北天三個方向加速度計的隨機誤差；

步驟二、在步驟一對桿臂效應誤差建模的基礎上，將桿臂長度擴展為系統狀態變量，構建基于桿臂效應誤差模型的濾波器狀態方程和位置、速度線性化量測方程：

基于桿臂效應誤差建模的系統狀態變量X為：

??????(5)

式(5)中，為三個數學平臺誤差角，為三個速度誤差，分別為緯度誤差、經度誤差及高度誤差，為加速度計隨機誤差，分別為桿臂長度在機體坐標系三個軸上的投影；

建立慣性導航系統的誤差狀態方程，如式(6)所示：

????(6)

式(6)中，為系統狀態變量；為狀態變量的一階導數；為系統矩陣；為噪聲系數矩陣；為噪聲矩陣；

采用地理系下位置與速度線性化觀測原理，建立地理系下衛星導航位置觀測量、速度觀測量和慣性導航系統誤差狀態量之間的線性化量測方程：

????(7)

式(7)中，和分別為位置和速度量測矢量；和分別為位置和速度量測系數矩陣；位置和速度觀測量噪聲矩陣分別為和；

步驟三、在步驟二的基礎上，對系統狀態方程和量測方程進行離散化處理以及狀態量、量測量的更新，實現對桿臂效應誤差的標定與補償。

2.如權利要求1所述的高動態環境下慣性導航系統桿臂效應誤差在線標定方法，其特征在于，步驟三中所述對桿臂效應誤差的標定與補償，其具體步驟為：

（301）將濾波器狀態方程和量測方程離散化處理：

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???????(9)

其中，為時刻慣性導航系統狀態量；為時刻系統狀態量；為時刻至時刻系統的狀態轉移矩陣；為時刻至時刻系統的噪聲驅動矩陣；為時刻系統的噪聲矩陣；為時刻系統的位置和速度觀測量矩陣；為時刻的位置和速度量測系數矩陣；為時刻的位置和速度觀測量的噪聲矩陣；

（302）按照式(10)、式(11)、式(12)、式(13)對步驟（301）部分的慣性導航系統誤差狀態量和協方差信息的量測更新：

????(10)

???????(11)

????(12)

??????(13)

其中，為時刻至時刻一步預測協方差矩陣；為時刻濾波狀態估計協方差矩陣；為時刻系統的噪聲協方差矩陣；為時刻濾波增益矩陣；為時刻位置和速度量測噪聲協方差陣；為時刻至時刻一步預測狀態量；為時刻濾波狀態估計協方差矩陣；為與維數相同的單位矩陣；

（303）對濾波輸出的狀態量進行判斷，若狀態量的預測值穩定則完成標定，得到對桿臂效應誤差的標定結果，進入步驟（304）；若預測值不穩定，則返回步驟（302）繼續對狀態值進行預測估計；

（304）在步驟（303）得到對桿臂效應誤差的標定結果后，暫存標定值，利用標定值對桿臂效應誤差進行補償校正，校正在一個導航解算周期內完成，誤差補償校正算法為：

????????(14)

式(14)中，為誤差的加速度計輸出的加速度；為去除掉誤差后的加速度；為加速度計的隨機漂移誤差，為桿臂效應誤差。