[發明專利]一種基于姿態觀測的冗余慣導系統光纖陀螺系統級標定方法

有效

• 申請號: 201410599074.1
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104344836A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 宋來亮;冉龍俊;戴晨沖;晁代宏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明屬于慣性導航技術領域，特別是涉及一種基于姿態觀測的冗余慣導系統光纖陀螺系統級標定方法。

背景技術

慣性技術是一項涉及多學科的綜合技術，它是慣性導航和慣性制導技術、慣性儀表技術、慣性測量技術以及有關系統和裝置技術的統稱。慣性導航系統依靠自身的慣性敏感元件，不依賴任何外界信息測量導航參數，因此它不受天然的或人為的干擾，具有很好的隱蔽性，是一種完全自主式的導航系統。

慣性導航系統標定是通過比較系統中慣性器件的輸出和已知參考輸入，確定一組參數使慣導系統輸出與輸入相吻合的過程，慣導系統標定的理論基礎是系統辨識和參數估計，其目的是確定慣性器件組合的數學誤差模型或誤差數學的模型參數。慣導系統使用之前必須進行標定，對器件零偏、標度因數、安裝失準角等參數進行補償。冗余慣導系統中器件安裝方式與三軸慣導系統有較大差異，傳統的標定方法在冗余慣導系統中實現起來特別繁瑣，而且精度較低。因此，新的適用于冗余系統的標定方法已成為必然需求。

慣導系統常用標定方法主要有：分立式標定法、模觀測標定方法、系統級標定方法等。

分立式標定方法也稱為基于轉臺標定方法，需要轉臺為系統提供標準輸入信息，對轉臺精度要求較高，同時，分立式標定過程依賴轉臺，一般只能在實驗室進行。

模觀測標定方法是指基于慣導系統輸入加速度、角速度激勵的模分別和加速度計比力測量、陀螺角速度測量的模相等的原理，以輸入加速度、角速度的模作為觀測，計算慣導系統參數的方法。目前模觀測標定計算采用迭代算法，其收斂性嚴重依賴標定參數初值。

系統級標定方法主要基于導航解算誤差的原理：慣導系統進入導航狀態之后，其參數誤差(慣性器件參數誤差、初始對準姿態誤差，初始位置誤差等)經由導航解算會傳遞到導航結果(位置、速度、姿態等)中去，表現為導航誤差，如能獲取導航誤差的全部或部分信息，就可能對慣導系統參數做出估計。系統級標定方法降低了對轉臺的精度要求，利用低精度轉臺就可以達到較高的標定精度，因此是現場標定的理想方法。

系統級標定方法相對于其他標定方法擁有較大優勢，在現場標定和高精度標定的場合，系統級標定將占據重要地位。在冗余系統或者特定場合(如空間用單表陀螺等)中，光纖陀螺并不一定按照笛卡爾坐標系正交安裝，而是采用特定的斜置安裝方式以滿足特定需求、提高系統可靠性和精度，傳統意義上標定方法相對繁瑣、精度低甚至不再適用，因此，斜置光纖陀螺高精度系統級標定方法擁有重大需求。

發明內容

本發明的目的在于提高冗余型光纖捷聯慣性導航系統斜置光纖陀螺初始標定精度，提供了一種基于姿態觀測的冗余慣導系統光纖陀螺系統級標定方法，它是一種適用于冗余光纖慣性導航系統斜置光纖陀螺系統級精標定方法。

本發明一種基于姿態觀測的冗余慣導系統光纖陀螺系統級標定方法，該方法體步驟如下：

步驟一：將慣導系統安裝在轉臺上，確定載體的初始位置參數，包括經度、緯度等；

步驟二：確定光纖陀螺軸向與慣導系統本體坐標系安裝關系即安裝角，計算安裝矩陣；

步驟三：慣導系統預熱，在已有光纖陀螺粗略標定參數(零偏、標度因數、失準角等)基礎上(粗標定完成)，準備采集光纖陀螺輸出數據進行精標定；

光纖陀螺輸出的數據為載體相對于慣性參考系的角速度

步驟四：使慣導系統位于某一固定位置(如東、北、天位置)，采集光纖陀螺輸出數據，以轉臺姿態角與慣導系統姿態角之間誤差作為觀測量，標定光纖陀螺零偏誤差并實時補償；

步驟五：在東、北、天坐標系下繞X軸以角速度ω(角速度ω應遠大于地球轉速，忽略地球轉速影響)旋轉一周，以轉臺姿態角與慣導系統姿態角之間的誤差作為觀測量，進行第一次標定參數修正；

步驟六：在東、北、天坐標系下繞Y軸以角速度ω(角速度ω應遠大于地球轉速，忽略地球轉速影響)旋轉一周，以轉臺姿態角與慣導系統姿態角之間的誤差作為觀測量，進行第二次標定參數修正；

步驟七：在東、北、天坐標系下繞Z軸以角速度ω(角速度ω應遠大于地球轉速，忽略地球轉速影響)旋轉一周，以轉臺姿態角與慣導系統姿態角之間的誤差作為觀測量，進行第三次標定參數修正；

步驟八：通過步驟七的第三次標定參數修正，得到斜置光纖陀螺高精度的標定參數(零偏、標度因數、失準角)結果。

其中，步驟四至步驟七中采用基于卡爾曼濾波技術的誤差標定方法，利用轉臺姿態角與系統姿態角之間的誤差作為觀測量，通過卡爾曼濾波迭代，估計光纖陀螺零偏誤差、標度因數誤差及失準角，對光纖陀螺粗標定結果進行修正。具體步驟如下：