[發(fā)明專利]一種基于光纖陀螺慣性導(dǎo)航的單軸旋轉(zhuǎn)快速標(biāo)定技術(shù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710076232.9
• 申請(qǐng)日: 2017-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN106969783B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亞;姜畔;常佳沖;于飛;王國(guó)臣;李倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.一種基于光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的單軸旋轉(zhuǎn)快速標(biāo)定方法，通過(guò)每個(gè)軸的各自旋轉(zhuǎn)標(biāo)定出與該軸相關(guān)的系統(tǒng)導(dǎo)航誤差參數(shù)，其特征包括以下步驟：

(1)完成光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)試工作；

(2)將光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝轉(zhuǎn)臺(tái)上，預(yù)熱后，開始采集IMU輸出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，確定IMU是否能夠正常工作；

(3)根據(jù)陀螺與加速度計(jì)的輸入輸出關(guān)系，建立慣性器件輸入輸出模型；

(4)根據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的速度誤差方程與姿態(tài)誤差方程，確定狀態(tài)量與觀測(cè)量，然后給出Kalman濾波的狀態(tài)方程與觀測(cè)方程；

(5)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，讓轉(zhuǎn)臺(tái)開始繞單軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；

(6)規(guī)定時(shí)間完成后，根據(jù)建立的Kalman濾波方程對(duì)系統(tǒng)誤差參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，將與該軸相關(guān)的部分參數(shù)激勵(lì)出來(lái)；

(7)完成第一個(gè)軸的標(biāo)定過(guò)程后，按照同樣的方法，使轉(zhuǎn)臺(tái)再依次完成另外兩個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)標(biāo)定；

(8)分析標(biāo)定輸出結(jié)果，完成全部標(biāo)定，更新系統(tǒng)誤差參數(shù)；

加速度計(jì)的線性標(biāo)定模型表示為：

A^a＝δK^af^b+δB^a+w^a

其中，A^a表示加速度計(jì)在a系下的輸出；f^b表示加速度計(jì)在載體坐標(biāo)系b系下的輸入比力向量；加速度計(jì)零偏δB^a；系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲w^a；加速度計(jì)在i方向上的標(biāo)度因數(shù)用δK_i(i＝x,y,z)表示；在a系下加速度計(jì)i方向上的測(cè)量軸與b系下加速度計(jì)j方向上的測(cè)量軸之間的安裝系數(shù)用δM_ij表示；

本發(fā)明以繞z軸旋轉(zhuǎn)標(biāo)定為例，該軸的輸入輸出模型為：

(2)同理，陀螺通道的加速度計(jì)的線性標(biāo)定模型可表示為：

T^g＝δS^gω^b+δD^g+w^g

式中，T^g表示三只陀螺在g系下的輸出；ω^b表示三只陀螺在b系下的輸入角速率；三只陀螺的零偏δD^g；系統(tǒng)的隨機(jī)陀螺漂移w^g；陀螺在i方向上的標(biāo)度因數(shù)用δS_i(i＝x,y,z)表示；在g系下陀螺i方向上的測(cè)量軸與b系下陀螺j方向上的測(cè)量軸之間的安裝系數(shù)用δE_ij表示；

同樣，以繞z軸旋轉(zhuǎn)標(biāo)定為例，該軸的輸入輸出模型為：

(1)根據(jù)光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差及姿態(tài)誤差方程，建立導(dǎo)航誤差方程，得出Kalman濾波的狀態(tài)方程：

X為27維系統(tǒng)狀態(tài)變量，F(xiàn)為27×27維系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，G為27×6維的系統(tǒng)噪聲矩陣，W為6維系統(tǒng)噪聲向量，6維噪聲向量可用白噪聲表示為：

狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣可用F表示： ；其中：

；

R_e表示地球的半徑，L表示SINS所在地的緯度，ω_ie表示地球自轉(zhuǎn)角速率，V_E和V_N分別表示捷聯(lián)解算過(guò)程中的東向速度和北向速度；f_E、f_N和f_U分別代表加速度計(jì)測(cè)得的東向、北向和天向輸出比力；和分別表示加速度計(jì)和陀螺的捷聯(lián)轉(zhuǎn)換矩陣；ω^b為真實(shí)的陀螺角速率輸入值；

同理，16×5維的系統(tǒng)噪聲矩G陣也可寫成分塊矩陣形式，最終表示為：

系統(tǒng)的噪聲轉(zhuǎn)移矩陣可以用來(lái)表示；

(2)建立Kalman濾波的狀態(tài)方程

將IMU的速度誤差作為觀測(cè)量，則濾波方程中的量測(cè)方程可表示為：

Z＝H·X+v

上式中，H和v分別為：

H＝[diag{1 1 1}0_3×24]，v＝[v_x v_y v_z]^T

其中，H代表觀測(cè)矩陣，v代表量測(cè)噪聲。