[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

技術領域

本發明公開了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，屬于慣性導航慣性傳感器誤差標定技術領域。

背景技術

近年來，隨著高超聲速飛行器的研制，對導航系統性能的要求日益提高。慣性導航系統具有短時精度高、輸出連續以及完全自主等突出優點，必是高超聲速飛行器的核心導航信息單元。

慣性傳感器（IMU-陀螺儀和加速度計）的測量誤差是影響慣性導航系統精度的主要因素。一般IMU的質心應該與飛行器質心重合，而由于飛行器飛行過程中的高頻振動、以及飛行器分離時的沖擊等環境影響將引起IMU的質心與飛行器質心不重合，如果飛行器存在角運動則會造成加速度計輸出產生桿臂效應誤差。在飛行器動態飛行過程中，如果桿臂效應誤差不能得到補償將極有可能影響導航系統精度，從而難以滿足高超聲速飛行器對導航系統的高精度需求。

傳統的對于桿臂效應誤差的標定和補償研究多在傳遞對準系統誤差補償中，利用主慣導的測量輸出實現對子慣導的補償校正。常規的關于桿臂效應誤差的補償方法通常有力學補償法和數字濾波法，力學補償法的前提是桿臂長度已知，計算出桿臂效應誤差從而實現對其補償。數字濾波法的前提是桿臂效應誤差和加速度計輸出信號之間的頻率特性已知，從而利用濾波的方法實現對桿臂效應誤差的補償。而在高超聲速飛行器高動態飛行過程中，復雜飛行環境的影響有可能導致常規的對桿臂效應誤差的補償方法難以適用。

發明內容

本發明提出了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，以滿足高超聲速飛行器動態飛行過程中對導航系統的高精度要求。

本發明為解決上其技術問題采用如下技術方案，

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，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：

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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：

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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)