本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于雙解算程序的光纖陀螺常值誤差標(biāo)定方法。該方法利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)慣性組件分別旋轉(zhuǎn)至各軸陀螺沿導(dǎo)航系z(mì)軸正向和反向的六個(gè)位置，每個(gè)位置停留過(guò)程中，將一組慣性組件的測(cè)量值同時(shí)作為兩組導(dǎo)航解算程序的輸入值，其中兩組程序中導(dǎo)航參數(shù)設(shè)定值不同。再將兩組解算姿態(tài)信息進(jìn)一步耦合運(yùn)算，估算各軸陀螺常值漂移和刻度因數(shù)誤差。本發(fā)明專利技術(shù)則是提出了在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中以一組慣性組件的測(cè)量值作為輸入，同時(shí)進(jìn)行兩組導(dǎo)航程序解算，利用兩組解算結(jié)果進(jìn)一步估算器件誤差，不需要任何外界基準(zhǔn)信息，計(jì)算量小、簡(jiǎn)單易操作，并且兩組導(dǎo)航解算程序具有相同的輸入信息，不存在任何安裝偏差和時(shí)間延遲，輸出信息具有相關(guān)性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性組件誤差測(cè)試領(lǐng)域，具體是一種基于雙解算程序的光纖陀螺儀常值誤差確定方法。
技術(shù)介紹
捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)SINS作為一種不需要任何外界信息，能夠連續(xù)輸出載體速度、位置、姿態(tài)信息的全自主導(dǎo)航系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海等軍事和民用領(lǐng)域。其將慣性組件(Inertial Measurement Unit,簡(jiǎn)稱IMU,包括陀螺儀和加速度計(jì))直接安裝在運(yùn)載體上，利用陀螺儀敏感的載體角運(yùn)動(dòng)信息解算得到載體系到導(dǎo)航系的轉(zhuǎn)換矩陣，再將加速度計(jì)測(cè)量沿載體系的加速度信息投影到導(dǎo)航系上，投影后的加速度一次積分得到載體運(yùn)動(dòng)速度，二次積分得到載體位置信息。此外，利用轉(zhuǎn)換矩陣與載體姿態(tài)關(guān)系可以得到載體姿態(tài)息。陀螺儀作為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心器件，由于各種誤差的存在，導(dǎo)致其輸出信息與敏感角速度總是存在一定偏差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換矩陣不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)導(dǎo)航精度。標(biāo)定技術(shù)作為一種慣性組件誤差項(xiàng)測(cè)量技術(shù)，主要是通過(guò)器件誤差與系統(tǒng)解算信息的數(shù)學(xué)關(guān)系，利用包含器件誤差的導(dǎo)航信息來(lái)推算慣性器件各誤差項(xiàng)。標(biāo)定技術(shù)主要分為分立式標(biāo)定和系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定。分立式標(biāo)定是直接以光纖陀螺儀輸出為觀測(cè)量，用最小二乘法標(biāo)定其系數(shù)，該方法數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，標(biāo)定精度低；系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定則是利用導(dǎo)航誤差作為觀測(cè)量，通過(guò)濾波等手段來(lái)估計(jì)陀螺儀誤差系數(shù)，但該方法需要外界參考基準(zhǔn)信息以得到導(dǎo)航誤差，若基準(zhǔn)信息不準(zhǔn)確則會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)量存在誤差，進(jìn)而影響標(biāo)定精度。因此，如何快速、有效、高精度的估算陀螺儀誤差系數(shù)是一項(xiàng)非常重要的課題。《光電工程》2008年第35卷第I期中由劉百奇等人撰寫(xiě)的《光纖陀螺IMU的六位置旋轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定新方法》，該文章將頂U(kuò)在六個(gè)位置上進(jìn)行十二次旋轉(zhuǎn)，根據(jù)光纖陀螺IMU的誤差模型建立42個(gè)非線性輸入輸出方程求解出陀螺標(biāo)度因數(shù)、陀螺常值漂移等誤差系數(shù)。該方法不僅建立數(shù)學(xué)模型多，而且計(jì)算量大；《中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)》2005年第13卷第4期中由尚捷等人撰寫(xiě)的《捷聯(lián)慣導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)標(biāo)定方法研究》，該文章研究了一種基于虛擬噪聲的現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)標(biāo)定方法，雖然該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但文中并沒(méi)有提及虛擬噪聲設(shè)定方法，不同慣性組件中引入同一組虛擬噪聲是否適用有待考慮；申請(qǐng)?zhí)枮?01010523436.0的中國(guó)專利技術(shù)專利《一種光纖陀螺常值漂移標(biāo)定方法》中，針對(duì)旋轉(zhuǎn)調(diào)制型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，提出了一種利用單軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變換頂U(kuò)姿態(tài)，在建立慣性器件偏差與失準(zhǔn)角估值的二元一次方程組基礎(chǔ)上，求解陀螺水平常值漂移的估算方法。該方法只能估算常值漂移，并且若系統(tǒng)中存在未知誤差源，導(dǎo)致建立慣性器件偏差與失準(zhǔn)角估值模型不準(zhǔn)確，則會(huì)影響估算精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供一種基于雙解算程序的光纖陀螺儀常值誤差確定方法。為了估算三軸陀螺儀的常值漂移和刻度因數(shù)誤差，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)慣性組件分別停留在三軸陀螺儀處于朝上和朝下的六個(gè)位置。每個(gè)位置以一組慣性組件的測(cè)量值為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的輸入信息，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中同時(shí)進(jìn)行兩組參數(shù)設(shè)定值不同的導(dǎo)航程序并行解算，解算姿態(tài)值做差，計(jì)算得到陀螺儀常值漂移和刻度因數(shù)誤差。本專利技術(shù)提供的，包括如下步驟:步驟1:將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的慣性組件，陀螺儀和加速度計(jì)安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)(旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))上；步驟2:三軸轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)慣性組件旋轉(zhuǎn)至與當(dāng)?shù)貣|北天地理坐標(biāo)系一致的位置，此時(shí)方位軸陀螺儀沿地理系的Ozn軸方向，定義該位置為位置A，停留時(shí)間大于兩小時(shí)；步驟3:在位置A的停留時(shí)間內(nèi)，以陀螺儀和加速度計(jì)敏感的角速度和線加速度信息作為導(dǎo)航計(jì)算中導(dǎo)航解算程序I的輸入信息進(jìn)行導(dǎo)航解算，其中導(dǎo)航參數(shù)設(shè)定為€ nl，得到載體姿態(tài)9A1、4>a1> ￥a1o其中，0 > 4) > ￥分別表不縱搖角、橫搖角、方位角，角標(biāo)A表示在位置A解算結(jié)果，角標(biāo)I表示導(dǎo)航解算程序I解算結(jié)果；步驟4:在位置A的停留時(shí)間內(nèi)，與步驟3同步進(jìn)行。以步驟3中同一組慣性組件測(cè)量值作為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中導(dǎo)航解算程序2的輸入信息進(jìn)行導(dǎo)航解算，其中導(dǎo)航參數(shù)設(shè)定為12、Wn2，得到載體姿態(tài)e A2> $A2、Va20角標(biāo)2表示導(dǎo)航解算程序2解算結(jié)果；步驟5:利用步驟3與步驟4得到的兩組姿態(tài)信息，耦合運(yùn)算，得到陀螺儀沿0\軸輸出誤差。其中，n表示導(dǎo)航系，Ozn表示沿n系Oz軸方向。計(jì)算方式如下，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于雙解算程序的光纖陀螺常值誤差標(biāo)定方法，具體包括如下步驟：步驟1：將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的慣性組件，陀螺儀和加速度計(jì)安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上；步驟2：三軸轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)慣性組件旋轉(zhuǎn)至與當(dāng)?shù)貣|北天地理坐標(biāo)系一致的位置，設(shè)該位置為位置A，停留時(shí)間大于兩小時(shí)；在位置A處，陀螺儀沿導(dǎo)航系z(mì)軸的輸出誤差為：ϵzAn=ϵz0+δKgzωz---(1)其中，表示在位置A處陀螺儀沿導(dǎo)航系z(mì)軸的輸出誤差；εz0、δKgz分別表示方位軸陀螺儀的常值漂移和刻度因數(shù)誤差；ωz表示方位軸陀螺儀敏感角速度信息，Ω表示地球自轉(zhuǎn)角速度，表示載體所在地理緯度；步驟3：在位置A的停留時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)航解算程序1進(jìn)行導(dǎo)航解算，利用慣性組件測(cè)量信息解算載體姿態(tài)信息，具體過(guò)程如下：首先更新角速度：ωnss=ωiss-(Cs(A)n)T(ωien+ωenn)-(Cs(A)n)Tωcn---(2)其中，i表示地心慣性系，e表示地球坐標(biāo)系，s表示IMU坐標(biāo)系，n表示導(dǎo)航坐標(biāo)系，表示位置A處s系到n系轉(zhuǎn)換矩陣；·T表示矩陣轉(zhuǎn)置；為控制角速率在n系上的投影；表示IMU相對(duì)導(dǎo)航系旋轉(zhuǎn)角速度在IMU系投影；表示由于載體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)航系變化角速度在導(dǎo)航系投影；為地球自轉(zhuǎn)角速度在n系投影；地球自轉(zhuǎn)角速度在導(dǎo)航系投影更新：其中：vx＝δvx，vy＝δvy，vj、δvj分別表示慣導(dǎo)系統(tǒng)解算速度和速度誤差，j＝x,y；更新過(guò)程為：其中，R表示地球半徑；控制角速率在導(dǎo)航坐標(biāo)系oxn軸、oyn軸、ozn軸上的分量和更新為：其中，k1＝k2＝2ξ1ωn1、k1、k2、kE、kN、kU為在導(dǎo)航解算程序1的羅經(jīng)參數(shù)，ξ1、ωn1表示導(dǎo)航參數(shù)，取值范圍分別為ξ1∈(0,1)、ωn1∈(0,1)；s表示復(fù)數(shù)域參變量；g表示重力加速度；采用更新四元數(shù)法更新捷聯(lián)矩陣設(shè)載體坐標(biāo)系相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)四元數(shù)Q為：Q＝q0+q1ib+q2jb+q3kb?????????????（6）其中，q0、q1、q2和q3為四元數(shù)的四個(gè)實(shí)數(shù)；ib、jb和kb分別表示oxs軸、oys軸和ozs軸上的單位方向向量；四元數(shù)Q的及時(shí)修正：q.0q.1q.2q.3=120-ωnsxs-ωnsys-ωnszsωnsxs0ωnszs-ωnsysωnsys-ωnszs0ωnsxsωnszsωnsys-ωnsxs0q0q1q2q3---(7)其中，表示IMU系相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度在載體坐標(biāo)系oxs軸、oys軸、ozs軸上的分量；分別表示q0、q1、q2、q3的微分量；通過(guò)（7）式，利用陀螺儀測(cè)量值間接計(jì)算得到的求解微分方程，得到四元數(shù)q0、q1、q2、q3更新結(jié)果；更新捷聯(lián)矩陣Cs(A)n=q02+q12-q22-q322(q1q2-q0q3)2(q1q3+q0q2)2(q1q2+q0q3)q02-q12+q22-q322(q2q3-q0q1)2(q1q3-q0q2)2(q2q3+q0q1)q02-q12-q22+q32---(8)更新載體姿態(tài)信息：θA1=arcsin(c33)φA1=arctan(c32/c31)ψA1=arctan(c13/c23)---(9)其中，θA1、φA1、ψA1為導(dǎo)航程序1解算載體的縱搖角、橫滾角、航向角；cij表示中 第i行第j列矩陣元素，i,j＝1,2,3；利用加速度計(jì)測(cè)量比力通過(guò)矩陣轉(zhuǎn)換：fn=Cs(A)nfs---(10)其中，fn、fs分別表示加速度計(jì)測(cè)量比力在n系和s系投影；利用下列微分方程求解載體運(yùn)動(dòng)速度：v·xv·yv·z=fxnfynfzn-00g+02ωiezn-(2ωieyn+ωenyn)-ωiezn02ωiexn+ωenxn2ωieyn+ωenyn-(2ωiexn+ωenxn)0vxvyvz---(11)其中，分別表示加速度計(jì)測(cè)量比力在導(dǎo)航坐標(biāo)系oxn軸、oyn軸、ozn軸上的分量；g為重力加速度；和分別表示地球自轉(zhuǎn)角速度在導(dǎo)航坐標(biāo)系oxn軸、oyn軸、ozn軸上的分量；分別表示由于載體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)地球坐標(biāo)系變化的旋轉(zhuǎn)角速度在導(dǎo)航坐標(biāo)系o...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙解算程序的光纖陀螺常值誤差標(biāo)定方法，具體包括如下步驟: 步驟1:將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的慣性組件，陀螺儀和加速度計(jì)安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上； 步...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫楓，王秋瀅，齊昭，高偉，高峰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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