一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法和装置，该方法包括：设置温箱的起始温度点；惯导上电预设时间后，进行第一次系统级标定；设置结束温度点和升温速率；在温箱温度上升过程中，同时进行多次系统级标定；通过对器件输出数据进行的姿态和速度位置解算，以解算的速度位置和真实的速度位置差作为观测量，通过双轴转位机构实现转动；采用Kalman滤波器对陀螺和加速度计误差进行估计，得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差；判断惯性器件的温度，当温度处于正常标定期间温度范围时，根据温度所处温度段区间范围的不同，选用相应的三次插值多项式或采用三次多项式模型补偿惯性器件误差参数。多项式模型补偿惯性器件误差参数。多项式模型补偿惯性器件误差参数。

【技术实现步骤摘要】
一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法和装置


[0001]本专利技术属于惯性导航
，具体涉及一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法和装置。

技术介绍

[0002]捷联惯性导航系统(以下简称惯导)采集陀螺、加速度计数据，通过导航计算机解算出载体的实时速度、位置、姿态、航向等信息，但其误差随时间积累。而惯性器件误差约占误差的90％左右，是影响导航精度的最重要因素。需要对惯性器件误差参数的精确标定，提高惯导的导航精度。
[0003]通常对于惯性器件的标定方法为基于转台的分立式标定和系统级标定，分立式标定对转台的要求比较高，且标定期间减震器变形会影响标定精度。而系统级标定以导航的速度和位置误差作为量测，采用卡尔曼滤波估计惯性器件误差，不受转台精度和减震器变形影响，适用范围广，大多数惯导均采用系统级标定方法。
[0004]一般为适应各个领域的应用，要求惯导具有较宽的工作温度范围(一般为
‑
40～60℃)，而惯性器件的零偏、标度因数和安装误差随温度变化较大，因此需要对惯导进行全温标定。传统全温标定一般从
‑
40℃开始，等间隔地选取多个温度测试点，如每隔5℃或10℃设定一个温度点，惯导上电保温几个小时待温度稳定后进行标定，标定完成后改变温度点，继续保温几个小时待温度稳定后进行标定。当所有温度点标定完成后通过多项式对惯性器件的误差进行温度拟合，完成全温标定过程。
[0005]然而实际使用过程中惯性器件温度点不在标定的温度点上，通过拟合的方式得到的惯性器件误差参数和实际惯性器件误差参数会有偏差，最终影响惯导的导航精度。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法，包括：
[0007]步骤S1：设置温箱的起始温度点；
[0008]步骤S2:惯导上电预设时间后，进行第一次系统级标定；
[0009]步骤S3：设置结束温度点和升温速率；在温箱温度上升过程中，同时进行多次系统级标定；
[0010]步骤S4：通过对器件输出数据进行的姿态和速度位置解算，以解算的速度位置和真实的速度位置差作为观测量，通过双轴转位机构实现转动；采用Kalman滤波器对陀螺和加速度计误差进行估计，得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差；
[0011]步骤S5：判断惯性器件的温度，当温度处于正常标定期间温度范围时，根据温度所处温度段区间，选用相应的三次插值多项式，通过三次插值多项式补偿该温度点处的惯性器件误差参数；当温度超过标定期间温度范围时，采用三次多项式模型补偿惯性器件误差参数。
[0012]特别地，
[0013]所述步骤S4中，Kalman滤波连续系统模型形式如下：
[0014][0015]为状态变量；W
b
和V分别表示系统噪声和量测噪声，两者均为向量，都是零均值的高斯白噪声向量序列，服从正态分布；Z为量测向量，G、F和H为系数矩阵；
[0016]其中包括如下30维状态变量：
[0017][0018]上式中，为姿态误差，δV
E
、δV
N
、δV
U
为速度误差，δL、δλ、δH为位置误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
为陀螺零偏误差，
▽
x
、
▽
y
、
▽
z
为加速度计零偏误差，为陀螺的标度因数误差，为陀螺的安装误差，为加速度计的标度因数误差，为加速度计的标度因数误差，为加速度计的安装误差。
[0019]特别地，所述步骤S5中，选用相应的三次插值多项式，通过三次插值多项式补偿该温度点处的惯性器件误差参数，包括：
[0020]采用每一组标定期间温度的平均值，根据所有温度点和温度点上的惯性器件误差参数，通过三次样条插值函数得到惯性器件误差参数和温度的模型关系，采用matlab软件的spline函数，以相邻两个温度点为一个区间，每个区间都是由三次插值多项式组成，各个节点处连续可导；
[0021]在每个区间[x1,x2]内，有A
i
、B
i
、C
i
、D
i
分别为各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数，具体模型如下所示：
[0022]陀螺标度因数：
[0023]K
i
＝D
Ki
(T
i
‑
x1)3+C
Ki
(T
i
‑
x1)2+B
Ki
(T
i
‑
x1)+A
Ki
(i＝gx,gy,gz)
[0024]陀螺零偏：
[0025]E
i
＝D
Ei
(T
i
‑
x1)3+C
Ei
(T
i
‑
x1)2+B
Ei
(T
i
‑
x1)+A
Ei
(i＝gx,gy,gz)
[0026]陀螺安装误差：
[0027]K
gxy
＝D
gxy
(T
gy
‑
x1)3+C
gxy
(T
gy
‑
x1)2+B
gxy
(T
gy
‑
x1)+A
gxy
[0028]K
gxz
＝D
gxz
(T
gz
‑
x1)3+C
gxz
(T
gz
‑
x1)2+B
gxz
(T
gz
‑
x1)+A
gxz
[0029]K
gyx
＝D
gyx
(T
gx
‑
x1)3+C
gyx
(T
gx
‑
x1)2+B
gyx
(T
gx
‑
x1)+A
gyx
[0030]K
gyz
＝D
gyz
(T
gz
‑
x1)3+C
gyz
(T
gz
‑
x1)2+B
gyz
(T
gz
‑
x1)+A
gyz
[0031]K
gzx
＝D
gzx
(T
gx
‑
x1)3+C
gzx
(T
gx
‑
x1)2+B
gzx
(T
gx
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于捷联惯性导航系统的全温标定方法，其特征在于，包括：步骤S1：设置温箱的起始温度点；步骤S2:惯导上电预设时间后，进行第一次系统级标定；步骤S3：设置结束温度点和升温速率；在温箱温度上升过程中，同时进行多次系统级标定；步骤S4：通过对器件输出数据进行的姿态和速度位置解算，以解算的速度位置和真实的速度位置差作为观测量，通过双轴转位机构实现转动；采用Kalman滤波器对陀螺和加速度计误差进行估计，得到陀螺和加速度计的零偏、标度因数和安装误差；步骤S5：判断惯性器件的温度，当温度处于正常标定期间温度范围时，根据温度所处温度段区间，选用相应的三次插值多项式，通过三次插值多项式补偿该温度点处的惯性器件误差参数；当温度超过标定期间温度范围时，采用三次多项式模型补偿惯性器件误差参数。2.如权利要求1所述的用于捷联惯性导航系统的全温标定方法，其特征在于，所述步骤S4中，Kalman滤波连续系统模型形式如下：S4中，Kalman滤波连续系统模型形式如下：为状态变量；W
b
和V分别表示系统噪声和量测噪声，两者均为向量，都是零均值的高斯白噪声向量序列，服从正态分布；Z为量测向量，G、F和H为系数矩阵；其中包括如下30维状态变量，上式中，为姿态误差，δV
E
、δV
N
、δV
U
为速度误差，δL、δλ、δH为位置误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
为陀螺零偏误差，为加速度计零偏误差，为陀螺的标度因数误差，为陀螺的安装误差，为加速度计的标度因数误差，为加速度计的标度因数误差，为加速度计的安装误差。3.如权利要求1所述的用于捷联惯性导航系统的全温标定方法，其特征在于：所述步骤S5中，选用相应的三次插值多项式，通过三次插值多项式补偿该温度点处的惯性器件误差参数，包括：采用每一组标定期间温度的平均值，根据所有温度点和温度点上的惯性器件误差参数，通过三次样条插值函数得到惯性器件误差参数和温度的模型关系，采用matlab软件的spline函数，以相邻两个温度点为一个区间，每个区间都是由三次插值多项式组成，各个节点处连续可导；在每个区间[x1,x2]内，有A
i
、B
i
、C
i
、D
i
分别为各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数，具体模型如下所示：陀螺标度因数：K
i
＝D
Ki
(T
i
‑
x1)3+C
Ki
(T
i
‑
x1)2+B
Ki
(T
i
‑
x1)+A
Ki
(i＝gx,gy,gz)陀螺零偏：
E
i
＝D
Ei
(T
i
‑
x1)3+C
Ei
(T
i
‑
x1)2+B
Ei
(T
i
‑
x1)+A
Ei
(i＝gx,gy,gz)陀螺安装误差：K
gxy
＝D
gxy
(T
gy
‑
x1)3+C
gxy
(T
gy
‑
x1)2+B
gxy
(T
gy
‑
x1)+A
gxy
K
gxz
＝D
gxz
(T
gz
‑
x1)3+C
gxz
(T
gz
‑
x1)2+B
gxz
(T
gz
‑
x1)+A
gxz
K
gyx
＝D
gyx
(T
gx
‑
x1)3+C
gyx
(T
gx
‑
x1)2+B
gyx
(T
gx
‑
x1)+A
gyx
K
gyz
＝D
gyz
(T
gz
‑
x1)3+C
gyz
(T
gz
‑
x1)2+B
gyz
(T
gz
‑
x1)+A
gyz
K
gzx
＝D
gzx
(T
gx
‑
x1)3+C
gzx
(T
gx
‑
x1)2+B
gzx
(T
gx
‑
x1)+A
gzx
K
gzy
＝D
gzy
(T
gy
‑
x1)3+C
gzy
(T
gy
‑
x1)2+B
gzy
(T
gy
‑
x1)+A
gzy
加速度计标度因数：K
i
＝D
Ki
(T
i
‑
x1)3+C
Ki
(T
‑
x
1i
)2+B
Ki
(T
i
‑
x1)+A
Ki
(i＝ax,ay,az)加速度计零偏：E
i
＝D
Ei
(T
i
‑
x1)3+C
Ei
(T
i
‑
x1)2+B
Ei
(T
i
‑
x1)+A
Ei
(i＝ax,ay,az)加速度计安装误差：K
axy
＝D
axy
(T
ay
‑
x1)3+C
axy
(T
ay
‑
x1)2+B
axy
(T
ay
‑
x1)+A
axy
K
axz
＝D
axz
(T
az
‑
x1)3+C
axz
(T
az
‑
x1)2+B
axz
(T
az
‑
x1)+A
axz
K
ayx
＝D
ayx
(T
ax
‑
x1)3+C
ayx
(T
ax
‑
x1)2+B
ayx
(T
ax
‑
x1)+A
ayx
K
ayz
＝D
ayz
(T
az
‑
x1)3+C
ayz
(T
az
‑
x1)2+B
ayz
(T
az
‑
x1)+A
ayz
K
azx
＝D
azx
(T
ax
‑
x1)3+C
azx
(T
ax
‑
x1)2+B
azx
(T
ax
‑
x1)+A
azx
K
azy
＝D
azy
(T
ay
‑
x1)3+C
azy
(T
ay
‑
x1)2+B
azy
(T
ay
‑
x1)+A
azy
其中，A
Ki
、B
Ki
、C
Ki
、D
Ki
分别为陀螺标度因数各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；A
Ei
、B
Ei
、C
Ei
、D
Ei
分别为陀螺零偏各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；A
gi
、B
gi
、C
gi
、D
gi
、分别为陀螺安装误差各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；A
Ki
、B
Ki
、C
Ki
、D
Ki
分别为加速度计标度因数各补偿参数的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；A
Ei
、B
Ei
、C
Ei
、D
Ei
分别为加速度计零偏的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；A
ai
、B
ai
、C
ai
、D
ai
分别为加速度计安装误差的零次项、一次项、二次项和三次项温度补偿系数；T
gx
为x陀螺温度，T
gy
为y陀螺温度，T
gz
为z陀螺温度，T

【专利技术属性】
技术研发人员：韩袁昭，姜校亮，可伟，黄科，牛亚辉，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：