[發(fā)明專利]一種雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)多位置自主標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410386915.0
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104165638B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付夢印;鄧志紅;王博;任乾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安

1.一種雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)多位置自主標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的器件誤差模型和導(dǎo)航誤差方程；

步驟2、預(yù)熱陀螺儀和加速度計組件，進(jìn)行基于卡爾曼濾波的單位置精對準(zhǔn)；

步驟3、根據(jù)精對準(zhǔn)結(jié)果轉(zhuǎn)動載體，調(diào)整載體位置到近似與導(dǎo)航坐標(biāo)系重合；

步驟4、按照十位置轉(zhuǎn)位方法轉(zhuǎn)動環(huán)架，在每個位置采集導(dǎo)航解算得到的速度誤差并計算姿態(tài)誤差變化量，得到觀測量；

步驟5、根據(jù)每個位置的導(dǎo)航結(jié)果利用最小二乘計算出需要標(biāo)定的誤差。

2.如權(quán)利要求1所述的一種雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)多位置自主標(biāo)定方法，其特征在于，其中步驟一中所述的建立器件誤差模型包括以下步驟：

第1步：建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的器件誤差模型；其中：

加速度計的誤差模型為：

▿n=ΔCsafs+▿---(1)]]>

其中為加速度計輸出誤差，ΔCsa=Kax00-SayzKay0Sazy-SazxKaz]]>為從IMU坐標(biāo)系即s系到加速度計坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，S_aij為i和j方向上加速度計的安裝誤差角，S_aij中的i＝x、y、z，j＝x、y、z且i≠j，K_ax、K_ay和K_az分別為x、y和z方向上的加速度計刻度因數(shù)誤差，f^s為速度計的輸入比力，▿=▿x▿y▿zT,]]>和為x、y和z方向上的加速度計零偏；

陀螺儀的誤差模型為：

ϵn=ΔCsgωs+ϵ---(2)]]>

其中ε_n為陀螺儀輸出誤差，ΔCsg=KgxSgxz-Sgxy-SgyzKgySgyxSgzy-SgzxKgz]]>為從IMU坐標(biāo)系到陀螺儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，S_gij為為i和j方向上陀螺儀的安裝誤差角，S_gij中的i＝x、y、z，j＝x、y、z，且i≠j，K_gx、K_gy.和K_gz分別為x、y和z方向上的陀螺儀刻度因數(shù)誤差，ω^s為輸入角速度，ε＝[ε_x?ε_y?ε_z]^T為陀螺儀零偏；

第2步：建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差方程：

δV·E=-g·(ΔφN+φN0)+▿EδV·N=g·(ΔφE+φE0)+▿NδV·U=▿UΔφ·E=ωiesinL·(ΔφN+φN0)-ωiecosL·(ΔφU+φU0)-ϵEΔφ·N=-ωiesinL·(ΔφE+φE0)-ϵNΔφ·U=ωiecosL·(ΔφE+φE0)E-ϵU---(3)]]>

其中δV_E,δV_N,δV_U分別為東向、北向和天向速度誤差，Δφ_E、Δφ_N和Δφ_U分別為系統(tǒng)東向、北向和天向的失準(zhǔn)角變化量，和分別為東向、北向和天向的分量，ε_E、ε_N和ε_U分別為ε_n東向、北向和天向的分量，g為重力加速度，L為當(dāng)?shù)鼐暥龋?sub>ie為地球自轉(zhuǎn)角速度，φ_E0、φ_N0、φ_U0為系統(tǒng)東向、北向和天向的初始失準(zhǔn)角；

第3步：由于自標(biāo)定過程需要單位置精對準(zhǔn)，單位置精對準(zhǔn)后，采用陀螺儀和加速度計的誤差模型參數(shù)表示系統(tǒng)的初始失準(zhǔn)角φ_E0、φ_N0、φ_U0，則有：

φE0=▿N0gφN0=-▿E0gφU0=ϵN0ωiecosL---(4)]]>

其中▿0=▿E0▿N0▿U0T]]>和ε₀＝[ε_E0?ε_N0?ε_U0]^T分別為初始對準(zhǔn)位置處等效的加速度計和陀螺儀誤差，即：

▿E0▿N0▿U0=Csn▿x▿y▿z---(5)]]>

ϵE0ϵN0ϵU0=Csnϵxϵyϵz---(6)]]>

第4步：提取觀測量；

在雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，有如下關(guān)系成立：

Δφ×=I-Csn[Csh2]T[Ch1b]T(C~sn)T---(7)]]>

其中，為從外環(huán)架坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，為從IMU坐標(biāo)系到內(nèi)環(huán)架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，為實時導(dǎo)航解算出的姿態(tài)矩陣，為單位置精對準(zhǔn)結(jié)束時刻的姿態(tài)矩陣，Δφ×為姿態(tài)誤差變化量Δφ＝[Δφ_E?Δφ_N?Δφ_U]^T構(gòu)成的反對稱矩陣，因此有

ΔφE=(Δφ×)32-(Δφ×)232ΔφN=(Δφ×)13-(Δφ×)312ΔφU=(Δφ×)21-(Δφ×)122---(8)]]>

對式(3)中的姿態(tài)誤差方程進(jìn)行拉普拉斯變換并移項，可得

Δφ(s)=(sI-A)-1[φ0s-ϵn(s)]---(9)]]>

其中A=0ωiesinL-ωiecosL-ωiesinL00ωiecosL00,]]>對式(9)進(jìn)行拉普拉斯反變換可得

Δφ(t)＝B(t)*φ₀-B(t)*εⁿ(t)????(10)

其中*代表卷積，B(t)=1tωiesinL-tωiecosL-tωiesinL10tωiecosL01]]>

對速度誤差方程進(jìn)行積分可得

δVE(t)=∫τ=0τ=t[-g·(ΔφN(τ)+φN0)+▿E(τ)]dτδVN(t)=∫τ=0τ=t[g·(ΔφE(τ)+φE0)+▿N(τ)]dτδVU(t)=∫τ=0τ=t▿U(τ)dτ---(11).]]>