一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，实现了完备的轴系非正交误差系数自标定，包括框架非正交误差与框架角零偏，同时可标定常用的加速度计误差模型的全部误差系数。通过误差系数的自标定与补偿，可以提高框架式惯性导航系统载体或基座姿态测量精度，并能为静基座条件下惯性导航系统提供高精度的台体姿态测量参考基准，进而提高与台体姿态精度相关的惯性导航系统自标定、初始对准及惯性导航等应用方案的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，属于惯性导航。
技术介绍
1、惯性导航系统利用加速度计和陀螺仪来测量载体角运动和线运动参数，通过导航计算得到载体的速度、位置和姿态等信息。按惯性测量基准建立的方式，惯性导航系统可分为平台式惯性导航系统与捷联式惯性导航系统两类。
2、平台式惯性导航系统(又称惯性平台)将惯性测量元件(主要包括陀螺仪和加速度计)安装在同一惯性测量组件(以下简称台体)上，利用陀螺仪敏感台体角运动，通过转动框架转位机构控制台体跟踪导航坐标系，并隔离载体的角运动；再使用加速度计测量台体在导航坐标系下的加速度信息(比力)，通过导航计算机进行积分运算得到台体运动的速度与位置等信息。
3、捷联式惯性导航系统在导航工作过程中无跟踪导航坐标系的转动控制机构，仅利用陀螺仪敏感台体角运动，再通过导航计算机计算台体姿态角，以确定当前台体坐标系与导航坐标系相对角位置关系(姿态矩阵)，再使用加速度计测量台体坐标系下的比力，通过姿态计算得到的姿态矩阵进行坐标变换，得到导航坐标系下的加速度信息，再进行积分运算，得到台体运动的速度与位置等信息。
4、在惯性导航系统应用中，需要对惯性仪表的误差进行补偿，以提高导航精度，需要补偿的误差包括陀螺仪与加速度计的零偏、标度因数误差，以及安装误差等，通常需要在惯性导航系统导航工作前进行标定。载体的姿态角等角运动信息需要由台体的姿态角输出值与转动机构框架角传感器的测量值计算得到，所以也需要对转动框架的非正交误差与框架角传感器误差进行补偿。
r/>技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿问题。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，在静基座条件下，在9个框架角位置锁定台体，采集加速度计测量值，通过使用加速度计测量值计算惯性导航系统在各锁定位置台体坐标系下的比力测量值，并计算惯性导航系统在各锁定位置台体坐标系到当地水平坐标系的姿态矩阵，得到惯性导航系统在各锁定位置当地水平坐标系下的加速度，作为误差观测量。采用总体最小二乘算法求出误差系数的残差，修正被测参数的估计值，用修正后的误差系数估计值进行迭代计算，直到满足迭代收敛判据，得到各项误差系数的自标定结果。可标定加速度计零偏、标度因数误差、安装误差、非对称标度误差，以及框架非正交误差、框架角传感器零偏等20项误差系数。通过误差系数的自标定与补偿，可提高轴系非正交误差影响框架式惯性导航系统载体或基座姿态测量精度，并能为静基座条件下的惯性导航系统提供高精度台体姿态测量参考基准，进而提高与台体姿态精度相关的惯性导航系统自标定、初始对准及惯性导航等应用方案的性能。
4、更具体的：
5、一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，如图2所示，包括以下步骤：
6、(1)将被测的三轴框架式惯性导航系统放置在大理石平板或转台等具有隔震作用的稳定基础上，使惯性导航系统基座水平姿态角小于3°。通过调整惯性导航系统基座姿态角，并控制框架转位机构，使惯性导航系统框架取向如图1所示。按图1所示定义加速度计的x、y、z通道与输入轴的极性：xp、zp轴在近似水平位置互相垂直，yp轴垂直于xpozp平面，xp、yp、zp按右手定则组成正交坐标系，分别指向台体坐标系的前、上、右方向。框架角传感器的零位定义为：当惯性导航系统框架角传感器的输出都为零时，基座坐标系与台体坐标系近似重合，极性相同，xp、yp、zp分别指向基座坐标系的前、上、右方向。设框架角传感器测量值的取值范围为[0,360°]。
7、(2)控制惯性导航系统的转动框架，在如下表1所示框架角位置锁定台体，在锁定稳定后，以10hz以上频率采集不少于3min的加速度计测量值，求出平均值式中wpj为j轴加速度计的测量值平均值，单位为：脉冲数/s。表1中数据采集锁定的各框架角位置顺序无要求。
8、表1惯性导航系统自标定锁定框架角位置
9、
位置号
外环框架角(°)
中环框架角(°)
内环框架角(°)
1
0
0
0
2
90
0
0
3
90
<![cdata[α<sub>1</sub>]]>
0
4
90
<![cdata[α<sub>2</sub>]]>
0
5
180
0
0
6
270
0
0
7
0
0
90
8
0
0
180
9
0
0
270
10、其中，α1,α2可在[10°,170°]与[190°,350°]范围内取值，通常取|α1-α2|≥10°。
11、(3)计算各自标定锁定位置的误差系数观测矩阵，并组成误差系数总体观测矩阵。设
12、
13、式中，cij为此方向余弦矩阵的元素，分别为表1中第k行的外环、中环、内环框架角值，则第k个自标定锁定位置的误差系数观测矩阵h(k)的计算方法为
14、h(k)＝[h1(k) h2(k) h3(k) h4(k)]<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，设框架角传感器测量值的取值范围为[0,360°]。
3.根据权利要求2所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(2)中，在锁定稳定后，以10Hz以上频率采集不少于3min的加速度计测量值。
4.根据权利要求3所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(2)中，惯性导航系统自标定锁定框架角位置如下表：
5.根据权利要求4所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(3)中，误差系数总体观测矩阵为：
6.根据权利要求5所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(4)中，第k位置比力测量值的表达式为
7.根据权利要求6所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(5)中，惯性导航系统在各锁定位置台体坐标系到当地水平坐标系的姿态矩阵为：
8.根据权利要求7所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(6)中，惯性导航系统在各锁定位置当地水平坐标系g下的惯性导航系统的加速度为：
9.根据权利要求8所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(7)中，采用总体最小二乘算法求出误差系数的估计值：
10.根据权利要求9所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(8)中，利用最小二乘估计结果修正被标定参数与基座姿态角的估计值，计算方法如下：
...
【技术特征摘要】
1.一种三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，设框架角传感器测量值的取值范围为[0,360°]。
3.根据权利要求2所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(2)中，在锁定稳定后，以10hz以上频率采集不少于3min的加速度计测量值。
4.根据权利要求3所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(2)中，惯性导航系统自标定锁定框架角位置如下表：
5.根据权利要求4所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与补偿方法，其特征在于，步骤(3)中，误差系数总体观测矩阵为：
6.根据权利要求5所述的三轴框架式惯性导航系统误差自标定与...
【专利技术属性】
技术研发人员：周元，张金云，闫光亚，赵友，王汀，邓超，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：
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