一种适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方法技术

本发明专利技术公开了适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方法，属于惯性技术领域。该方法使用低精度单轴转位设备，共旋转编排五个位置，以各位置的速度误差和天向姿态误差拟合出一阶中间参数Δg和二阶中间参数依据中间参数与误差参数的关系以及最近的历史标定参数，由最小二乘法算出各器件误差参数，为了有效消除由转台引起的定位误差，将前一次迭代计算得到的误差参数和原有的惯性测量单元输出数据代入到导航方程，再进行一次观测量、中间参数和误差参数残差的解算，然后对误差参数进行残差补偿。依此类推，直至迭代计算得到的误差参数残差小于阈值。该方法大幅降低标定成本及标定对转台精度的依赖性，缩短标定时间，具有工程实用性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方法，属于惯性
。该方法使用低精度单轴转位设备，共旋转编排五个位置，以各位置的速度误差和天向姿态误差拟合出一阶中间参数Δg和二阶中间参数依据中间参数与误差参数的关系以及最近的历史标定参数，由最小二乘法算出各器件误差参数，为了有效消除由转台引起的定位误差，将前一次迭代计算得到的误差参数和原有的惯性测量单元输出数据代入到导航方程，再进行一次观测量、中间参数和误差参数残差的解算，然后对误差参数进行残差补偿。依此类推，直至迭代计算得到的误差参数残差小于阈值。该方法大幅降低标定成本及标定对转台精度的依赖性，缩短标定时间，具有工程实用性。【专利说明】一种适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单 元标定方法
本专利技术属于航空航天捷联惯性导航技术中的惯性测量组合测试
，具体涉 及，可用于对惯性测 量组合部分参数的标定。
技术介绍
捷联惯性导航系统具有反应时间短、可靠性高、体积小、重量轻等优点，广泛应用 于飞机、舰船、导弹等军用和民用导航领域，具有重要的国防意义和巨大的经济效益。 惯性测量组合是捷联惯性导航系统的核心部件，主要由3个加速度计和3个陀螺 组成。 标定技术是惯性导航领域的核心技术之一，是一种对误差的辨识技术，即建立惯 性器件和惯导系统的误差模型，通过一系列的试验求解出误差模型中的误差项，进而通过 软件算法对误差进行补偿。惯性测量组合的标定结果好坏直接影响捷联惯性导航系统的精 度。 惯性测量组合标定方法按层次可分为分立式标定和系统级标定两种。当前分立式 标定方法的研究已经非常成熟，而系统级标定方法是由20世纪80年代发展起来的，目前正 成为标定技术研究的热点。 分立标定方法是根据陀螺和加速度计的误差模型，利用三轴转台提供的精确速 率、姿态和位置，采集惯性测量组合的输出，然后利用最小二乘法辨识误差模型系数。然而 分立式标定过分依赖转台的精度，当转台精度不高时，标定结果不理想。 系统级标定是建立捷联惯导系统导航输出误差与惯性器件误差参数之间的关系， 充分考虑惯性器件误差系数的可辨识性，合理安排实验位置，进而辨识出惯性器件的各项 误差系数。该方法可以大幅减小甚至克服标定对转台精度的依赖，适合现场标定使用。 早在上世纪80-90年代，国外的系统级标定方法就已经在工程中得到了推广应 用。国内的相关研究起步较晚，近年随着捷联惯导技术的成熟度不断提高，国内也出现了很 多介绍系统级标定的文献和资料，但大多数停留在理论研究和仿真验证的阶段。在公开的 文献和资料中，国内一般采用低精度的三轴或双轴转台，在引北的条件下在实验室内进行 系统级标定，但大多数停留在理论研究和仿真验证的阶段，缺乏工程实用性。尚未有发现单 轴系统级标定算法的相关资料。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方 法，与国内外其他系统级标定方法相比，该标定方法适用于低精度有方位基准单轴转位设 备，可以大幅降低标定对转台精度的依赖性，具有很好的工程实用性。 本专利技术适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方法，包含如 下步骤： toon] 步骤一：将惯性测量单元安装在单轴转位设备上，惯性测量单元初始位置朝向为 下-东-南，惯性测量单元通电预热后开始采集输出的原始数据，惯性测量单元先在第〇个 位置上静止3-5分钟，再转动到第1个位置静止3-5分钟，随后转动到第2个位置，依此类 推，直至在第4个位置上静止3-5分钟后停止采集惯性测量单元输出的原始数据； 步骤二：利用步骤一采集的惯性测量单元数据，在第0位置上利用重力加速度和 加速度计输出数据确定出惯性测量单元的水平姿态，并将第0位置上惯性测量单元的导 航起始时刻的天向转角if 51直接设为〇,进而得到首位置的初始对准结果，具体计算公 式如下： 【权利要求】1. ，其特征在 于：包含如下步骤： 步骤一：将惯性测量单元安装在单轴转位设备上，惯性测量单元初始位置朝向为 下-东-南，惯性测量单元通电预热后开始采集输出的原始数据，惯性测量单元先在第〇个 位置上静止3-5分钟，再转动到第1个位置静止3-5分钟，随后转动到第2个位置，依此类 推，直至在第4个位置上静止3-5分钟后停止采集惯性测量单元输出的原始数据； 步骤二：利用步骤一采集的惯性测量单元数据，在第〇位置上利用重力加速度和加速 度计输出数据确定出惯性测量单元的水平姿态，并将第〇位置上惯性测量单元的导航起始 时刻的天向转角<<()|直接设为〇,进而得到首位置的初始对准结果具体计算公式如 下：式中，fxb、fyb和f?分别为加速度计测得的比力f b在载体坐标系X轴、y轴和z轴上的 投影； 然后利用对准结果和第〇位置上的采集数据进行导航解算，进而得到第〇位置上导航 过程中的实时速度以及实时天向转角θηω，设第〇位置上导航起始时 刻的速度均为〇,以速度和天向转角为观测结果拟合出第〇位置上的)和一阶中间参f分别 为第0位置上的参数在X轴、y轴和z轴上投影的标量，所述和分别为第〇位置上的一阶中间参数生X轴、y轴和z轴上 投影的标量； 步骤三：根据步骤一采集的第i个位置上的惯性测量单元原始数据，i = 1，2, 3, 4,利 用重力加速度和加速度计输出确定出惯性测量单元在第i位置上的水平姿态，而第i位置 上惯性测量单元的天向转角Θ n(i)由第i-Ι位置上的天向转角Θ 及第i-Ι位置到第i 个位置转动过程中的陀螺输出确定，利用以上各位置的对准结果以及由步骤二得到的第〇 位置的对准结果，在第i-Ι个位置到第i个位置的转动过程中以及第i个位置上的静止过 程中进行连续导航，通过导航获取转动到达第i个位置瞬间的速度和天向转角以及转动完成后在第i个位置静止过程中的速度i 和天向转角 θ n⑴，式中：g是重力加速度，Τ是实时时间， ωνχ、％和ωνζ分别为系数°\在义轴、y轴和z轴上的分量， 以速度和天向转角为观测，拟合出第i位置上的1 一阶中间参数其中，i = 1，2, 3, 4,所述ω⑷包含分别为第i位置上的参数(〇=在X轴、y轴和Ζ轴上投影的标量，所述汙别 为第i位置上的一阶中间参数 E X轴、y轴和Z轴上投影的标量； 步骤四：在惯性测量单元坐W系内，加速度计的误差模型为：上述误差模型的向量形式为：其中， fb为载体坐标系下加速度计测得的比力， f?、fyb和f?分别为fb在X轴、y轴和z轴上的投影，b载体坐标系下的加速度计零偏， Ka包括加速度计标度因数误差和加速度计失准角， Ka2为加速度计二次项系数， s fb为载体坐标系下加速度计测得的比力误差； 陀螺的误差模型为：上述误差模型的向量形式为：其中， ?b为载体坐标系下陀螺测得的角速度，b载体坐标系下陀螺零偏， Kg包括陀螺标度因数误差和陀螺失准角， ε b为载体坐标系下陀螺测得的角速度误差； 然后将加速度计零偏Bax、Bay、Baz，加速度计标度因数K axx、Kayy、Kazz，加速度计失准角Kayx、 Kazx、Kazy，加速度计二次项本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于低精度有方位基准单轴转位设备的惯性测量单元标定方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤一：将惯性测量单元安装在单轴转位设备上，惯性测量单元初始位置朝向为下‑东‑南，惯性测量单元通电预热后开始采集输出的原始数据，惯性测量单元先在第0个位置上静止3‑5分钟，再转动到第1个位置静止3‑5分钟，随后转动到第2个位置，依此类推，直至在第4个位置上静止3‑5分钟后停止采集惯性测量单元输出的原始数据；步骤二：利用步骤一采集的惯性测量单元数据，在第0位置上利用重力加速度和加速度计输出数据确定出惯性测量单元的水平姿态，并将第0位置上惯性测量单元的导航起始时刻的天向转角直接设为0，进而得到首位置的初始对准结果具体计算公式如下：Cbn(0)=c11c12c13c21c22c23c31c32c33]]>其中，c21=fxb/(fxb)2+(fyb)2+(fzb)2,]]>c22=fyb/(fxb)2+(fyb)2+(fzb)2,]]>c23=fzb/(fxb)2+(fyb)2+(fzb)2,]]>c11=cos(θ0n(0))1-c212,]]>c31=-sin(θ0n(0))1-c212,]]>c12＝(c31c23‑c21c22c11)/(1‑c212)，c13＝‑(c31c22+c11c21c23)/(1‑c212)，c32＝‑(c11c23+c21c22c31)/(1‑c212)，c33＝(c11c22+c21c31c23)/(1‑c212)，式中，fxb、fyb和fzb分别为加速度计测得的比力fb在载体坐标系x轴、y轴和z轴上的投影；然后利用对准结果和第0位置上的采集数据进行导航解算，进而得到第0位置上导航过程中的实时速度以及实时天向转角θn(0)，设第0位置上导航起始时刻的速度均为0，以速度和天向转角为观测结果拟合出第0位置上的和一阶中间参数所述包含和所述和分别为第0位置上的参数在x轴、y轴和z轴上投影的标量，所述包含和所述和分别为第0位置上的一阶中间参数在x轴、y轴和z轴上投影的标量；步骤三：根据步骤一采集的第i个位置上的惯性测量单元原始数据，i＝1,2,3,4，利用重力加速度和加速度计输出确定出惯性测量单元在第i位置上的水平姿态，而第i位置上惯性测量单元的天向转角θn(i)由第i‑1位置上的天向转角θn(i‑1)及第i‑1位置到第i个位置转动过程中的陀螺输出确定，利用以上各位置的对准结果以及由步骤二得到的第0位置的对准结果，在第i‑1个位置到第i个位置的转动过程中以及第i个位置上的静止过程中进行连续导航，通过导航获取转动到达第i个位置瞬间的速度和天向转角以及转动完成后在第i个位置静止过程中的速度和天向转角θn(i)，vxn(i)=vx0n(i)+ΔgxgT+ωvxgT22]]>vyn(i)=vy0n(i)+ΔgygT]]>vzn(i)=vz0n(i)+ΔgzgT+ωvzgT22]]>θn(i)=θ0n(i)+ωvyT]]>式中：g是重力加速度，T是实时时间，ωvx、ωvy和ωvz分别为系数ωv在x轴、y轴和z轴上的分量，以速度和天向转角为观测，拟合出第i位置上的和一阶中间参数其中，i＝1,2,3,4，所述包含和包含和所述和分别为第i位置上的参数在x轴、y轴和z轴上投影的标量，所述和分别为第i位置上的一阶中间参数在x轴、y轴和z轴上投影的标量；步骤四：在惯性测量单元坐标系内，加速度计的误差模型为：δfxδfyδfz=BaxBayBaz+Kaxx00KayxKayy0KazxKazyKazzfxfyfz+Kax2000Kay2000Kaz2fx2fy2fz2]]>上述误差模型的向量形式为：δfb=Bab+Kafb+Ka2(fb)2]]>其中，fb为载体坐标系下加速度计测得的比力，fxb、fyb和fzb分别为fb在x轴、y轴和z轴上的投影，为载体坐标系下的加速度计零偏，Ka包括加速度计标度因数误差和加速度计失准角，Ka2为加速度计二次项系数，δfb为载体坐标系下加速度计测得的比力误差；陀螺的误差模型为：ϵxϵyϵz=BgxBgyBgz+KgxxKgxyKgxzKgyxKgyyKgyzKgzxKgzyKgzzωxωyωz]]>上述误差模型的向量形式为：ϵb=ω0b+Kgωb]]>其中，ωb为载体坐标系下陀螺测得的角速度，为载体坐标系下陀螺零偏，Kg包括陀螺标度因数误差和陀螺失准角，εb为载体坐标系下陀螺测得的角速度误差；然后将加速度计零偏Bax、Bay、Baz，加速...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：穆杰，刘明，杨道安，罗伟，李丽，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：湖北;42