[發明專利]一種冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀標定方法

在審

• 申請號: 202111425854.0
• 申請日: 2021-11-27
• 公開（公告）號: CN114235006A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉萍;劉士忠;成冬冬;余秀;王肖建
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G06F30/20
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 唐敏

本發明提供一種冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀標定方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：確定待標定的補位陀螺儀的數量及其序號；步驟二：構建故障補位陀螺儀標定模型；步驟三：構建狀態空間模型，確定初始參數；步驟四：建立序貫自適應擴展卡爾曼濾波算法，估計待標定參數；步驟五：將估計得到的參數根據補償模型標定陀螺儀，得到精確的角速度輸出。本發明具有估計精度高、通用性強、自主性強等優點，無需外界參考即可實現系統量測噪聲發生改變的條件下，冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀精確標定。

技術領域

本發明涉及導航系統標定方法，尤其是對冗余式慣性導航系統故障補位陀螺儀標定方法。

背景技術

與傳統三軸慣性測量單元相比，冗余式慣性測量單元在傳感器失效后仍然能夠在故障模式下工作，滿足了導航系統長航時連續工作應用需求。冗余式慣性測量單元最典型的應用就是美國哈勃望遠鏡，哈勃望遠鏡配備了六個陀螺儀用于瞄準和自身姿態測量，其中三個陀螺儀正常工作即可保證系統安裝穩定運行。然而，2018年10月，哈勃望遠鏡由于陀螺儀故障而進入安全模式，被迫停止觀測。此時備用陀螺儀也因為存在故障而無法開啟，只能緊急停止系統運轉維修故障陀螺儀。為解決這一問題，有必要在傳感器故障后，選擇合適的時間更換故障傳感器，以提高系統下一時段工作的可靠性。相比于更換全部傳感器，僅更換故障傳感器有利于降低系統維修成本，保證系統連續工作。

現有研究表明，冗余式慣性測量單元工作在無故障模式下時導航精度最優，在發生故障后導航精度性能會下降。因此在合適的時機對冗余式慣性測量單元中的故障陀螺儀進行更換在保證系統可靠性的同時也有助于提高導航精度。更換后的傳感器可以被稱為故障補位傳感器，為保證導航系統的精確性，故障補位傳感器參與導航工作前需要進行標定。

目前冗余式慣性測量單元發生故障并安裝補位傳感器后一般會采用基于轉臺參考的標定方法對冗余式慣性測量單元整體進行重新標定，然而這一方案不適用于在軌衛星、深海潛艇等設備。目前國內外未見針對故障工況下冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀標定的研究。針對冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀的標定是保證載體連續穩定且安全運行的基礎，具有很好的發展前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀標定方法，能夠在沒有外界參考的情況下，快速標定冗余式慣性測量單元中故障補位陀螺儀。

為了實現上述目的，1、一種冗余式慣性測量單元故障補位陀螺儀標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：確定待標定的補位陀螺儀的數量及其序號；

步驟二：構建故障補位陀螺儀標定模型；

步驟三：構建狀態空間模型，確定初始參數；

步驟四：建立序貫自適應擴展卡爾曼濾波算法，估計待標定參數；

步驟五：將估計得到的參數根據補償模型標定陀螺儀，得到精確的角速度輸出。

進一步的是，步驟四中的所述待標定參數包括零偏、標度因數誤差和安裝誤差。

進一步的是，步驟二中所述故障部位陀螺儀標定模型為：

W(H^TFH)^-1H^TFωⁱ-ω_m＝(KW+θ_yU+θ_xV-Kθ_yU-Kθ_xV)(H^TFH)^-1H^TFωⁱ+b+ε