一种惯性传感器数据模拟方法技术

本发明专利技术提供一种惯性传感器数据模拟方法，设计惯性传感器数据模拟领域，所述方法包括步骤一：数据采集；步骤二：建立惯性传感器输出误差模型；步骤三：惯性传感器固定误差估计；步骤四：惯性传感器理论输出值计算；步骤五：提取惯性传感器随机误差；步骤六：生成惯性传感器模拟数据；本发明专利技术解决了现有技术中惯性传感器数据模拟的随机误差不能够完全地反应真实惯性传感器的随机误差特性的问题，能够更加真实地反应惯性传感器随机误差特性，能够满足惯性导航领域科研、教学的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性传感器数据模拟方法
本专利技术涉及惯性传感器数据模拟领域，特别是涉及一种惯性传感器数据模拟方法。
技术介绍
惯性传感器是惯性导航系统的核心，惯性传感器包括三只正交安装的陀螺和三只正交安装的加速度计。高精度的惯性导航系统价格昂贵并且试验成本较高，为满足惯性导航领域科研、教学的需求，可用惯性导航模拟器通过模拟算法生成惯性传感器数据。其中，惯性传感器数据模拟算法能否准确地反映真实惯性传感器的误差特性是决定惯性导航模拟器性能的关键因数，惯性传感器误差包括固定误差和随机误差，固定误差可确定地用代数模型加以描述和模拟，而随机误差则只能用统计模型近似地描述和模拟。目前使用的惯性传感器数据模拟方法主要是基于数学模型，其缺点在于模拟的随机误差不能够完全地反映真实惯性传感器的随机误差特性，因此需要一种新的数据模拟算法，可更加真实地反映惯性传感器随机误差特性。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种惯性传感器数据模拟方法，用于解决现有技术中惯性传感器数据模拟的随机误差不能够完全地反应真实惯性传感器的随机误差特性的问题。本专利技术提供一种惯性传感器数据模拟方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：数据采集数据采集对象为惯性导航系统，将惯性导航系统安装在三轴转台上，使三轴转台按照系统级标定旋转编排方案进行转动，采集惯性导航系统在跟随转台转动状态下的惯性传感器输出数据；步骤二：建立惯性传感器输出误差模型定义载体坐标系b系，建立惯性传感器输出误差模型，计算惯性传感器固定误差和随机误差；其中，载体坐标系b系为正交坐标系，其X轴指向惯性导航的前向，其Y轴指向惯性导航的右向，其Z轴依据右手定则与X轴、Y轴构成正交坐标系；步骤三：惯性传感器固定误差估计建立系统级标定卡尔曼滤波器，采用卡尔曼滤波器处理步骤一中的惯性传感器输出数据，得到对步骤二中惯性传感器固定误差的估计值；步骤四：惯性传感器理论输出值计算根据步骤一中所述系统级标定旋转编排方案计算惯性传感器理论输出值；步骤五：提取惯性传感器随机误差根据步骤二中所述惯性传感器输出误差模型，将步骤三中得到的惯性传感器固定误差估计值、步骤四中得到的惯性传感器理论输出值，从步骤一中采集的惯性传感器输出数据中扣除，得到计算结果；对得到的计算结果进行滤波处理，消除三轴转台运动引入的额外噪声，得到时间长度为tw的惯性传感器随机误差；步骤六：生成惯性传感器模拟数据设定运载体仿真运动状态，设定仿真时间为td，根据运载体仿真运动状态生成惯性传感器理论输出值；若tw＞td，则从步骤五中得到的随机误差数据中随机选择时长为td的数据段，与本步骤中生成的惯性传感器理论输出值相加得到惯性传感器模拟数据；若tw＜td，则使用样条插值算法将步骤五中得到的随机误差数据插值为时长为td的数据段，与本步骤中生成的惯性传感器理论输出值相加得到惯性传感器模拟数据。于本专利技术的一实施例中，所述惯性传感器误差模型包括陀螺输出误差模型和加速度计输出误差模型。于本专利技术的一实施例中，所述陀螺输出误差模型公式为：其中，分别为X轴、Y轴和Z轴陀螺输出误差；Bgx,Bgy,Bgz分别为X轴、Y轴和Z轴陀螺零偏误差；Sgx,Sgy,Sgz分别为X轴、Y轴和Z轴陀螺标度因数误差；Mgyx,Mgzy,Mgzx为陀螺安装误差。于本专利技术的一实施例中，所述加速度计输出误差模型公式为：其中，分别为X轴、Y轴和Z轴加速度计输出误差；Bax,Bay,Baz分别为X轴、Y轴和Z轴加速度计零偏误差；Sax,Say,Saz分别为X轴、Y轴和Z轴加速度计标度因数误差；Mayx,Maxy,Mayz,Mazy,Maxz,Mazx为加速度计安装误差。于本专利技术的一实施例中，步骤五中采用高通滤波器对得到的计算结果进行滤波处理。如上所述，本专利技术的一种惯性传感器数据模拟方法，具有以下有益效果：本专利技术解决了现有技术中惯性传感器数据模拟的随机误差不能够完全地反应真实惯性传感器的随机误差特性的问题，能够更加真实地反应惯性传感器随机误差特性，能够满足惯性导航领域科研、教学的需求。附图说明图1显示为本专利技术实施例中公开的方法流程图。图2显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对陀螺零偏误差的估计结果图。图3显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对陀螺标度因数误差的估计结果图。图4显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对陀螺安装误差的估计结果图。图5显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对加速度计零偏误差的估计结果图。图6显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对加速度计标度因数误差的估计结果图。图7显示为本专利技术实施例中公开的步骤四对加速度计安装误差的估计结果图。图8显示为本专利技术实施例中公开的步骤五提取的陀螺随机误差图。图9显示为本专利技术实施例中公开的步骤五提取的加速度计随机误差图。图10显示为本专利技术实施例中公开的步骤六设定的运载体轨迹图。图11显示为本专利技术实施例中公开的步骤六生成的陀螺输出数据图。图12显示为本专利技术实施例中公开的步骤六生成的加速度计输出数据图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术提供一种惯性传感器数据模拟方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：数据采集数据采集的对象为惯性导航系统(IMU)，将惯性导航系统安装在三轴转台上，使三轴转台按照表1所示的系统级标定旋转编排方案进行转动，采集惯性导航系统在跟随三轴转台转动状态下的惯性传感器输出数据；表1步骤二：定义载体坐标系b，所述载体坐标系b为正交坐标系，其X轴指向步骤一所述惯性导航系统的前向，其Y轴指向步骤一所述惯性导航系统的右向，其Z轴依据右手定则与X轴、Y轴构成正交坐标系；建立惯性传感器输出误差模型，在载体坐标系b系下，陀螺输出误差模型如公式(1)所示，加速度计输出误差模型如公式(2)所示：其中，分别为X轴、Y轴和Z的轴陀螺输出误差；Bgx,Bgy,Bgz分别为X轴、Y轴和Z轴的陀螺零偏误差；Sgx,Sgy,Sgz分别为X轴、Y轴和Z轴陀螺标度因数误差；Mgyx,Mgzy,Mgzx为陀螺安装误差；分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惯性传感器数据模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：数据采集/n数据采集对象为惯性导航系统，将惯性导航系统安装在三轴转台上，使三轴转台按照系统级标定旋转编排方案进行转动，采集惯性导航系统在跟随转台转动状态下的惯性传感器输出数据；/n步骤二：建立惯性传感器输出误差模型/n定义载体坐标系b系，建立惯性传感器输出误差模型，计算惯性传感器固定误差和随机误差；/n其中，载体坐标系b系为正交坐标系，其X轴指向惯性导航的前向，其Y轴指向惯性导航的右向，其Z轴依据右手定则与X轴、Y轴构成正交坐标系；/n步骤三：惯性传感器固定误差估计/n建立系统级标定卡尔曼滤波器，采用卡尔曼滤波器处理步骤一中的惯性传感器输出数据，得到对步骤二中惯性传感器固定误差的估计值；/n步骤四：惯性传感器理论输出值计算/n根据步骤一中所述系统级标定旋转编排方案计算惯性传感器理论输出值；/n步骤五：提取惯性传感器随机误差/n根据步骤二中所述惯性传感器输出误差模型，将步骤三中得到的惯性传感器固定误差估计值、步骤四中得到的惯性传感器理论输出值，从步骤一中采集的惯性传感器输出数据中扣除，得到计算结果；/n对得到的计算结果进行滤波处理，消除三轴转台运动引入的额外噪声，得到时间长度为t...

【技术特征摘要】
1.一种惯性传感器数据模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：数据采集
数据采集对象为惯性导航系统，将惯性导航系统安装在三轴转台上，使三轴转台按照系统级标定旋转编排方案进行转动，采集惯性导航系统在跟随转台转动状态下的惯性传感器输出数据；
步骤二：建立惯性传感器输出误差模型
定义载体坐标系b系，建立惯性传感器输出误差模型，计算惯性传感器固定误差和随机误差；
其中，载体坐标系b系为正交坐标系，其X轴指向惯性导航的前向，其Y轴指向惯性导航的右向，其Z轴依据右手定则与X轴、Y轴构成正交坐标系；
步骤三：惯性传感器固定误差估计
建立系统级标定卡尔曼滤波器，采用卡尔曼滤波器处理步骤一中的惯性传感器输出数据，得到对步骤二中惯性传感器固定误差的估计值；
步骤四：惯性传感器理论输出值计算
根据步骤一中所述系统级标定旋转编排方案计算惯性传感器理论输出值；
步骤五：提取惯性传感器随机误差
根据步骤二中所述惯性传感器输出误差模型，将步骤三中得到的惯性传感器固定误差估计值、步骤四中得到的惯性传感器理论输出值，从步骤一中采集的惯性传感器输出数据中扣除，得到计算结果；
对得到的计算结果进行滤波处理，消除三轴转台运动引入的额外噪声，得到时间长度为tw的惯性传感器随机误差；
步骤六：生成惯性传感器模拟数据
设定运载体仿真运动状态，设定仿真时间为td，根据运载体仿真运动状态生成惯性传感器理论输出值；
若tw＞td，则从步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：甯露，
申请(专利权)人：成都安则优科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51