一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法，包括以下步骤：三轴转台按照设定的旋转路径进行转动，得到整个转动过程中四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其陀螺仪和加速度计的实际输出值；根据四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其正交陀螺仪和正交加速度计的实际输出值计算出正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值；根据正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值、斜置陀螺仪和斜置加速度计的实际输出值，计算出斜置陀螺仪和斜置加速度计标定后的输出值。本发明专利技术的标定方法不需要专门增加针对斜置轴的正反旋转和翻滚转位，减少了误差标定的时间，在保证标定方法准确性的同时，显著提高了标定效率。显著提高了标定效率。显著提高了标定效率。

【技术实现步骤摘要】
一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法


[0001]本专利技术涉及捷联式惯性导航误差标定
，尤其涉及一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法，适用于标定四轴斜置方案的冗余惯导系统的误差参数，特别适合要求在标定时间短、转台精度低的情况下实现四轴冗余惯导误差标定的应用场合。

技术介绍

[0002]传统的惯导系统通过正交安装的三轴陀螺仪和加速度计来测量载体相对于空间的角速度和加速度，并基于航位推算原理给出载体实时的位置、速度和姿态信息。惯导系统的导航精度很大程度上取决于陀螺和加速度计的精度，因此惯导系统的误差参数标定是实现其高精度导航的重要前提。
[0003]惯性导航系统作为舰船导航的核心设备，不仅要求有较高的精度指标，还必须具备较高的工作可靠性，才能确保系统在恶劣的舰载环境条件下全寿命可靠地工作。在传统的三轴正交惯导基础上，从增加体积小、投入少、增加功耗小、结构设计易于实现等方面综合考虑，选择在经典捷联惯导系统的基础上增加一个加速度计和一个陀螺仪，以最低的冗余数量组成四轴冗余惯导系统，可将系统的MTBF(MeanTime Between Failure平均故障间隔时间)提升75％。
[0004]由于四轴冗余惯性系统特殊的组成特点和结构安装形式,它的标定方法有别于其他器件。现有的文献中对冗余惯导的误差标定还是传统的多位置翻滚法，该方法利用多位置对消原理，通过采集惯性器件原始数据解析计算各误差项。但是对于四轴冗余惯导系统来说，通过翻滚法标定斜置轴的相关误差需要增加更多的翻滚位置，延长了标定时间，而且转台控制复杂、对转台的转位精度要求较高。因此针对四轴冗余惯导系统，需要研究一种能够在标定时间短、转台精度低的情况下实现误差参数的标定方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法，在确保误差参数标定精度的情况下，标定效率比传统方法显著提高，同时对转台的精度要求降低，从而提高了该标定方法的适用性。
[0006]本专利技术通过预先设计的旋转策略控制三轴转台框架的转动，从而激励出各项误差，然后采用两阶段误差标定思路，先使用卡尔曼滤波算法结合导航误差对正交陀螺仪、正交加速度计的误差进行标定和补偿，然后使用递推最小二乘算法对斜置陀螺、加速度计的误差进行标定和补偿，从而实现四轴冗余惯导系统所有的误差参数标定。
[0007]本专利技术公开了一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1，将四轴冗余惯导系统安装在三轴转台上；
[0009]S2，调整四轴冗余惯导系统的安装角度；
[0010]S3，三轴转台带动所述四轴冗余惯导系统按照设定的旋转路径进行转动，得到整个转动过程中四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其陀螺仪和加速度计的实际输
出值；
[0011]所述陀螺仪包括正交陀螺仪和斜置陀螺仪，所述加速度计包括正交加速度计和斜置加速度计；
[0012]S4，根据四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其正交陀螺仪和正交加速度计的实际输出值计算出正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值；
[0013]S5，根据正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值、斜置陀螺仪和斜置加速度计的实际输出值，利用递推最小二乘算法计算出斜置陀螺仪和斜置加速度计标定后的输出值。
[0014]优选地，所述设定的旋转路径为：
[0015]首先，三轴转台绕其内框进行连续正反转，中框和外框均锁定在 0
°
；
[0016]然后，三轴转台绕其中框进行连续正反转，内框和外框均锁定在 0
°
；
[0017]最后，三轴转台先绕其内框转动90
°
，再绕其中框连续正反转。
[0018]优选地，三轴转台每次正反转时均正反转动5次。
[0019]优选地，所述步骤S4中根据四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其陀螺仪和加速度计的实际输出值计算出正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值的具体步骤为：
[0020]首先，将四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差作为量测变量，将正交陀螺仪和正交加速度计的误差参数作为状态变量，利用卡尔曼滤波算法对状态变量进行最优估计，得到正交陀螺仪和正交加速度计的误差参数；
[0021]然后，将正交陀螺仪和正交加速度计的误差参数分别补偿到其各自对应的实际输出值中，得到正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值。
[0022]优选地，所述正交陀螺仪和正交加速度计的误差参数包括正交陀螺仪的漂移、正交加速度计的零偏、正交陀螺仪的刻度系数误差、正交加速度计的刻度系数误差、正交陀螺仪的安装误差、正交加速度计的安装误差。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术提出了一种更加快速的四轴冗余惯导系统误差标定方法，该标定方法不需要专门增加针对斜置轴的正反旋转和翻滚转位，只要求三轴转台相对于正交安装的陀螺和加速度计进行旋转，减少了误差标定的时间，在保证标定方法准确性的同时，显著提高了标定效率。
[0025]2、本专利技术提出的四轴冗余惯导系统误差标定方法，无论是针对正交陀螺仪、正交加速度计的误差标定，还是斜置陀螺仪、斜置加速度计的误差标定，都使用了系统级误差标定的思想，该方法中三轴转台的旋转控制简单，而且转台的转速、转位精度要求不高，从而提升了该误差标定方法的适用性。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0027]图1为本专利技术一种四轴冗余惯导系统误差标定方法实施的流程图；
[0028]图2为本专利技术具体实施例的四轴冗余惯导系统正交陀螺和加速度计安装偏角示意图；
[0029]图3为本专利技术具体实施例的四轴冗余惯导统斜置陀螺和加速度计安装偏角示意图；
[0030]图4为本专利技术具体实施例的三轴转台框架旋转路径示意图；
[0031]图5为本专利技术具体实施例的正交陀螺和加速度计的漂移和零偏标定收敛曲线；
[0032]图6为本专利技术具体实施例的正交陀螺和加速度计刻度系数误差标定收敛曲线；
[0033]图7为本专利技术具体实施例的正交陀螺和加速度计安装偏角标定收敛曲线；
[0034]图8为本专利技术具体实施例的斜置陀螺误差标定收敛曲线；
[0035]图9为本专利技术具体实施例的斜置加速度计误差标定收敛曲线。
具体实施方式
[0036]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。
[0037]应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]下面通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四轴冗余惯导系统的误差标定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1，将四轴冗余惯导系统安装在三轴转台上；S2，调整四轴冗余惯导系统的安装角度；S3，三轴转台带动所述四轴冗余惯导系统按照设定的旋转路径进行转动，得到整个转动过程中四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其陀螺仪和加速度计的实际输出值；所述陀螺仪包括正交陀螺仪和斜置陀螺仪，所述加速度计包括正交加速度计和斜置加速度计；S4，根据四轴冗余惯导系统的速度误差和位置误差及其正交陀螺仪和正交加速度计的实际输出值计算出正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值；S5，根据正交陀螺仪和正交加速度计补偿后的输出值、斜置陀螺仪和斜置加速度计的实际输出值，利用递推最小二乘算法计算出斜置陀螺仪和斜置加速度计标定后的输出值。2.根据权利要求1所述的四轴冗余惯导系统的误差标定方法，其特征在于，所述设定的旋转路径为：首先，三轴转台绕其内框进行连续正反转，中框和外框均锁定在0
°
；然后，三轴转台绕其中框进行连续正反转，内框和外框均锁定在0
°
；最后，三轴转台先...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，高鹏宇，朱锦成，董彪，
申请(专利权)人：中船航海科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：