光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于慣性導航領域，尤其涉及一種利用卡爾曼濾波方程進行標定的，光纖 陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法。
【背景技術】
[0002] 捷聯慣性系統就是將慣性測量單元（加速度計與陀螺儀）與載體固聯，陀螺儀和 加速度計分別測量載體相對慣性空間的轉動角速度和線加速度沿運載體坐標系的分量，經 過坐標變換和積分計算，得到運載體的位置、速度、姿態等信息。可以說，加速度計和陀螺儀 是捷聯慣性導航系統中最重要、最基礎的組成部分。
[0003]目前，為了提高慣性儀表的精度，主要有硬件、軟件兩條途徑，硬件方面一是對原 有慣性儀表從物理結構及工藝上進行改進，二是研宄開發新型的、性能更為優越的慣性儀 表。軟件方面是對慣性儀表進行測試，建立誤差模型方程，通過誤差補償來提高儀表的實際 使用精度。然而，單靠改進儀表的設計來提高慣性儀表的精度在加工、制造、裝配及調試中 遇到的困難越來越多，成本也越來越高。因此利用軟件補償來提高實際使用精度成為一條 可行的途徑。這樣，慣性儀表和慣性系統的測試技術的重要日益突出，根據測試數據，通過 誤差補償措施提高使用精度，這個過程也就是標定。
[0004] 標定技術本質上也是一種誤差補償技術。所謂誤差補償技術就是建立慣性元件和 慣導系統的誤差數學模型，通過一定的試驗來確定模型系數，進而通過軟件算法來消除誤 差。慣性元件和慣導系統在出廠之前，必須通過標定來確定基本的誤差數學模型參數，以保 證元件和系統的正常工作。而且慣性元件高階誤差項的研宄、慣導系統惡劣動態環境下的 誤差補償都是在標定的基礎上進行的，可以說標定工作是整個誤差補償技術的基礎。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種能夠提高標定效率的，光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計 內桿臂標定方法。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] 光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法，包括以下幾個步驟：
[0008] 步驟一：將光纖陀螺捷聯慣導設備放置在三軸轉臺上并且靠近轉臺的旋轉中心， 初始時轉臺的外框、中框和內框的旋轉軸依次為天向、東向和北向；
[0009] 步驟二：連通光纖陀螺捷聯慣導設備與轉臺之間的電纜；
[0010] 步驟三：完成初始對準得到初始姿態值后進行分立式標定實驗，根據實驗結果得 到加速度計和陀螺儀的標度因數、安裝誤差和常值偏移；
[0011] 步驟四：將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以 60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘；
[0012] 待轉臺停止運動后，將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、45°、0°，定位完成后 使外框以60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘；
[0013] 待轉臺停止運動后，將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、90°、45°，定位完成 后使外框以60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘；
[0014] 得到加速度計輸出的加速度和陀螺儀輸出的角速度，解算出線速度誤差；
[0015] 步驟五：根據加速度計內桿臂效應誤差模型，以捷聯慣導系統輸出的線速度誤差 和三軸加速度計內桿臂為狀態量，以線速度誤差為觀測量建立卡爾曼濾波器；
[0016] 步驟六：選擇濾波初值，利用卡爾曼濾波器進行濾波，得到收斂的內桿臂濾波結 果。
[0017] 本發明光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法，還可以包括：
[0018] 建立卡爾曼濾波器為：
[0019]
【主權項】
1. 光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法，其特征在于，包括以下幾個步 驟： 步驟一：將光纖陀螺捷聯慣導設備放置在三軸轉臺上并且靠近轉臺的旋轉中心，初始 時轉臺的外框、中框和內框的旋轉軸依次為天向、東向和北向； 步驟二：連通光纖陀螺捷聯慣導設備與轉臺之間的電纜； 步驟三：完成初始對準得到初始姿態值后進行分立式標定實驗，根據實驗結果得到加 速度計和陀螺儀的標度因數、安裝誤差和常值偏移； 步驟四：將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘； 待轉臺停止運動后，將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、45°、0°，定位完成后使外 框以60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘； 待轉臺停止運動后，將轉臺的外框、中框和內框定位到0°、90°、45°，定位完成后使 外框以60° /s的角速度開始勻速轉動，持續時間為2分鐘； 得到加速度計輸出的加速度和陀螺儀輸出的角速度，解算出線速度誤差； 步驟五：根據加速度計內桿臂效應誤差模型，以捷聯慣導系統輸出的線速度誤差和三 軸加速度計內桿臂為狀態量，以線速度誤差為觀測量建立卡爾曼濾波器； 步驟六：選擇濾波初值，利用卡爾曼濾波器進行濾波，得到收斂的內桿臂濾波結果。
2. 根據權利要求1所述的光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法，其特征在 于： 所述的建立卡爾曼濾波器為：
其中，
％線速度誤差在X軸、Y 軸、Z軸方向的投影，rn= [rnxrnyrnz]，為待標定的內桿臂參數，n=x、y、z，W(t)、V(t)為 白噪聲；
%捷聯矩陣，通過四階龍格庫塔法 解算得到；
【專利摘要】本發明公開了一種光纖陀螺捷聯慣導系統加速度計內桿臂標定方法。包括以下步驟，將光纖陀螺慣導設備放置在轉臺上并完成轉臺的初始配置，測試電纜線是否連通，確保數據正常傳輸；完成系統的初始對準和分立式標定實驗，得到陀螺儀和加速度計的靜態誤差參數值；使轉臺按照標定路徑設計的方式運動，通過對陀螺儀和加速度計的數據采集，完成內桿臂標定實驗；處理內桿臂標定實驗所得的數據，以系統的線速度誤差為觀測量，建立卡爾曼濾波器；選擇合適的濾波初值，根據卡爾曼濾波基本方程對系統進行卡爾曼濾波，得到收斂的內桿臂參數值。本發明大大縮短了卡爾曼濾波時間，提高了效率，具有很高的實用性。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104697553
【申請號】CN201510112353
【發明人】周廣濤, 許偉通, 張思, 葉攀, 楊建通, 陳小煒, 程果, 白紅美, 韓子龍
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月13日