[發明專利]一種靜基座下慣性平臺連續翻滾自標定自對準方法

有效

• 申請號: 201710571700.X
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107270905B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 丁智堅;周歡;吳穎川;賀元元;吳東升;王鋒;劉建霞;陳圣兵;武龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63820部隊吸氣式高超聲速技術研究中心
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C25/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰;葛啟函

本發明屬于慣性導航技術領域，特別涉及一種靜基座下慣性平臺連續翻滾自標定自對準方法。本發明的方法首先以慣性器件輸入軸為基準建立了系統坐標系，其次基于慣性平臺工作原理，以慣性平臺姿態角為中間量建立系統動力學模型和觀測模型，然后通過可觀性分析設計慣性平臺自標定自對準所需的平臺加矩方案，最后選用平臺姿態角及平臺各項誤差系數作為系統狀態量，通過降維容積Kalman濾波實現對慣性平臺的自主標定與對準。本發明提供的方法能夠改變慣性平臺現有的標定和對準模式，簡化了慣性平臺自標定和自對準的過程，消弱了系統標定與對準之間的強耦合作用，為提高慣性平臺實際使用精度提供了基礎理論和技術支撐。

技術領域

發明屬于慣性導航技術領域，特別涉及一種靜基座下慣性平臺連續翻滾自標定自對準方法。

背景技術

平臺式慣性導航系統(又稱慣性平臺)具有自主性強、抗干擾能力強、短時精度高以及導航頻率高等其他導航系統難以比擬的優點。因此，在衛星導航系統取得厘米級精度的情況下，高精度的慣性導航系統仍作為某些運載體(如飛機、火箭、航天飛機、潛艇等)的核心導航系統。然而，作為一種遞推式自主導航系統，慣性平臺導航系統在使用前需要完成兩項準備工作，即標定和初始對準，而標定和對準的誤差將會累積到系統的導航誤差中，且會隨導航時間推移逐漸變大。因此，先進的慣性平臺自標定和自對準技術是快速提高慣性平臺導航系統性能的低成本、高效率手段。正因如此，高性能的慣性平臺自標定自對準技術一直是國內外的研究熱點。

在眾多慣性平臺導航系統自標定自對準方法之中，連續翻滾自標定自對準技術是一種適用于慣性平臺導航系統的高精度、低成本的自標定和自對準技術。公開文獻表明，現有的慣性平臺連續翻滾自標定自對準技術均是基于失準角模型和框架角模型進行研究的。然而失準角模型則需要系統首先滿足小角度假設條件，這在現實中很難保證，特別是在濾波過程中，需要實時對系統進行補償，對系統的計算能力要求較為苛刻。框架角模型則會引入框架角觀測誤差、框架安裝誤差、平臺基座安裝誤差等，降低了標定和對準的精度。此外，框架角系統模型具有一定局限性，不適用于全姿態三框架四軸等慣性平臺導航系統。

發明內容

本發明的目的，就是針對上述問題，提出一種慣性平臺靜基座下連續翻滾自標定自對準方法。該方法將慣性平臺的對準與標定視為整體，采用姿態角作為系統中間狀態量，建立系統模型，從而從根源上避免了框架角或失準角模型導致系統可能奇異的弊端。其次，針對系統非線性、高維的特點，本發明中采用降維容積Kalman濾波(Reduced CubatureKalman Filter，RDCKF)算法，在保證系統精度的同時大幅度的降低了計算量。利用該方法可以大幅度的提高慣性平臺導航系統的導航精度，具有較強的經濟效益和工程指導意義。

本發明的連續翻滾自標定自對準方法步驟如下：第一步，系統坐標系建立；第二步，系統建模；第三步，慣性平臺連續翻滾加矩方案設計；第四步，慣性平臺連續翻滾自標定自對準算法。

本發明的技術方案是：一種靜基座下慣性平臺連續翻滾自標定自對準方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立系統坐標系，具體為：

如圖1和圖2所示，根據慣性平臺與慣性儀表之間的裝配關系，所述慣性儀表包括單自由度三浮陀螺儀Gx、Gy、Gz以及石英加速度計Qx、Qy、Qz，定義如下坐標系：

平臺坐標系p系：取平臺幾何中心O為原點，OX_p軸與Qx石英加速度計敏感軸平行，OY_p軸平行于Qx和Qy石英加速度計敏感軸所確定的平面，并與OX_p軸垂直，OZ_p軸與OX_p軸和OY_p軸構成右手坐標系；

單自由度陀螺儀坐標gi系，i＝x,y,z：坐標軸分別與該陀螺儀的輸入軸I、輸出軸O和自轉軸S平行；