一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，屬于慣性【技術領域】。本標定方法使用低精度無方位基準雙軸轉位設備，整個標定旋轉編排需19個位置，然后以各個位置上的速度誤差和天向姿態誤差擬合出一階中間參數Δg以及二階中間參數最后依據中間參數與誤差參數的關系，由最小二乘法計算出各個器件誤差參數，為消除由轉臺引起的定位誤差，將前一次迭代計算得到的誤差參數和原有的慣性測量單元原始輸出數據代入導航方程，再進行一次觀測量、中間參數和誤差參數殘差的解算并進行殘差補償，依此類推，直至迭代計算得到的誤差參數殘差小于閾值。該標定方法可以大幅降低標定對轉臺精度的依賴性，具有很好的工程實用性。
【專利說明】一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航空航天捷聯慣性導航技術中的慣性測量組合測試【技術領域】，具體涉及一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法。與傳統標定方法相比，該標定方法適用于雙軸轉位設備，對轉位設備的基準精度要求低且不需要對北。
【背景技術】
[0002]捷聯慣性導航系統具有反應時間短、可靠性高、體積小、重量輕等優點，廣泛應用于飛機、艦船、導彈等軍用和民用導航領域，具有重要的國防意義和巨大的經濟效益。
[0003]慣性測量組合是捷聯慣性導航系統的核心部件，主要由3個加速度計和3個陀螺組成。
[0004]標定技術是慣性導航領域的核心技術之一，是一種對誤差的辨識技術，即建立慣性器件和慣導系統的誤差模型，通過一系列的試驗求解出誤差模型中的誤差項，進而通過軟件算法對誤差進行補償。慣性測量組合的標定結果好壞直接影響捷聯慣性導航系統的精度。
[0005]慣性測量組合標定方法按層次可分為分立式標定和系統級標定兩種。當前分立式標定方法的研究已經非常成熟，而系統級標定方法是由20世紀80年代發展起來的，目前正成為標定技術研究的熱點。
[0006]分立標定方法是根據陀螺和加速度計的誤差模型，利用三軸轉臺提供的精確速率、姿態和位置，采集慣性測量組合的輸出，然后利用最小二乘法辨識誤差模型系數。然而分立式標定過分依賴轉臺的精度，當轉臺精度不高時，標定結果不理想。
[0007]系統級標定是建立捷聯慣導系統導航輸出誤差與慣性器件誤差參數之間的關系，充分考慮慣性器件誤差系數的可辨識性，合理安排實驗位置，進而辨識出慣性器件的各項誤差系數。該方法可以大幅減小甚至克服標定對轉臺精度的依賴，適合現場標定使用。
[0008]早在上世紀80-90年代，系統級標定方法就已經在國外的工程中得到了推廣應用。國內的相關研究起步較晚，近年隨著捷聯慣導技術的成熟度不斷提高，國內也出現了很多介紹系統級標定的文獻和資料，但大多數停留在理論研究和仿真驗證的階段。在公開的文獻和資料中，國內一般采用低精度的三軸或雙軸轉臺，在引北的條件下在實驗室內進行系統級標定。尚未有發現免對北雙軸系統級標定算法的相關資料。
【發明內容】
[0009]本發明提供一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，與國內外其他系統級標定方法相比，該標定方法不需對北，同時可以大幅降低標定對轉臺精度的依賴性，具有很好的工程實用性。
[0010]本發明適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，包含如下步驟:[0011 ] 步驟一:將慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)安裝在雙軸轉位設備上，所述慣性測量單元初始位置保證X軸朝上或朝下，慣性測量單元通電預熱后開始采集輸出的原始數據，所述慣性測量單元先在第O個位置上靜止3-5分鐘后，再轉動到第I個位置靜止3-5分鐘，隨后轉動到第2個位置，依此類推，直至在第18個位置上靜止3-5分鐘后停止采集慣性測量單元輸出的原始數據；
[0012]步驟二:利用步驟一采集的慣性測量單元原始數據，在第O位置上使用雙矢量定姿法進行初始對準，進而得到第O位置上導航起始時刻的天向轉角if”，然后利用對準結果和第O位置上的采集數據進行導航解算，進而得到第O位置上導航過程中的實時速度vf1、以及實時天向轉角『W f設第O位置上導航起始時刻的速度、v；f、
均為0，以速度和天向轉角為觀測結果擬合出第O位置上的⑽，和一階中間參數Af ,
所述輸_包含'、4?和fii),所述、47和《”分別為第ο位置上的參數在
X軸、y軸和Z軸上投影的標量，所述包含Δ=1、Δ，和Δ{?」，所述Δ(=、Δ，和Δ，分
別為第O位置上的一階中間參數Δ，在X軸、y軸和Z軸上投影的標量；
[0013]步驟三:利用步驟一采集的慣性測量單元原始數據，在第i位置上使用雙矢量定姿法進行初始對準，所述i=0，1，2……17，然后在第i個位置到第i+Ι個位置的轉動過程中以及第i+Ι個位置上的靜止過程中進行連續導航，通過導航獲取轉動到達第i+Ι個位置瞬
間的速度vjf1)、v;f和ν=?1>以及瞬間的天向轉角《<叫以及轉動完成后在第i+Ι個位置靜止過程中的實時速度vf111、vf#和以及實時天向轉角en(i+1)，
【權利要求】
1.一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征在于:包含如下步驟: 步驟一:將慣性測量單元安裝在雙軸轉位設備上，所述慣性測量單元初始位置保證X軸朝上或朝下，慣性測量單元通電預熱后開始采集輸出的原始數據，所述慣性測量單元先在第O個位置上靜止3-5分鐘后，再轉動到第I個位置靜止3-5分鐘，隨后轉動到第2個位置，依此類推，直至在第18個位置上靜止3-5分鐘后停止采集慣性測量單元輸出的原始數據； 步驟二:利用步驟一采集的慣性測量單元原始數據，在第O位置上使用雙矢量定姿法進行初始對準，進而得到第O位置上導航起始時刻的天向轉角<⑼，然后利用對準結果和第O位置上的采集數據進行導航解算，進而得到第O位置上導航過程中的實時速度V；(0)、v；(0)、vf)以及實時天向轉角θ n(°)，設第O位置上導航起始時刻的速度νχ?)、ν；(0)、vf)均為O，以速度和天向轉角為觀測結果擬合出第O位置上的ω；°)和一階中間參數Δ。，所述of包含和所述?iQ)、和分別為第O位置上的參數of在X軸、y軸和z軸上投影的標量，所述包含Δ$、和，所述Δ=)、Δ=和分別為第O位置上的一階中間參數在X軸、y軸和z軸上投影的標量； 步驟三:利用步驟一 采集的慣性測量單元原始數據，在第i位置上使用雙矢量定姿法進行初始對準，所述i = 0,1,2……17，然后在第i個位置到第i+Ι個位置的轉動過程中以及第i+Ι個位置上的靜止過程中進行連續導航，通過導航獲取轉動到達第i+Ι個位置瞬間的速度vxt+1)、V；J+1)和vzf+1)以及瞬間的天向轉角以及轉動完成后在第i+Ι個位置靜止過程中的實時速度VXB(;+1)、vf+1^pv々+1)以及實時天向轉角en(i+1)，
2.根據權利要求1所述的一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征在于:在步驟一中，導航坐標系選取北天東坐標系。
3.根據權利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征在于:在步驟一中，標定旋轉順序如下表所示: 標定旋轉順序
4.根據權利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征在于:慣性測量單元坐標系是:X軸與X加速度計輸入軸方向相同，Y軸位于X加速度計和Y加速度計輸入軸構成的平面內，接近Y加速度計輸入軸方向，Z軸方向由右手定則確定。
5.根據權利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征在于:在步驟一中，所述的慣性測量單元通電預熱時間為30分鐘，原始數據的采樣周期為0.01s。
6.根據權利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特征 在于:在步驟一中，停止采集慣性測量單元后關閉慣性測量單元。
【文檔編號】G01C25/00GK103983274SQ201410145103
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】劉明, 穆杰, 周海, 羅偉, 李澤洪 申請人:湖北航天技術研究院總體設計所