本发明专利技术公开了一种抑制器件斜坡误差影响的光纤捷联惯组往复式两位置寻北方法，本发明专利技术所述方法充分利用往复式两位置对准过程，在传统最优两位置对准的基础上，不增加硬件成本条件下，通过对转动时间间隔、转动方式、滤波器设计的参数等的合理设计，能够有效消除器件常值误差，同时也能抑制器件斜坡误差的影响，提高了光纤惯组的寻北精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及， 属于惯性
技术介绍
I、光纤捷联惯导捷联惯导是一种完全自主的导航方式，它具有不依赖外界信息，隐蔽性强，机动灵活等优点，且具备多功能参数输出；与平台惯导相比，捷联惯导系统不需要精密的稳定平台，减少了硬件结构，因而成本大大降低。光纤捷联惯导一般由三个光纤陀螺与三个加速度计组成。其中，光纤陀螺与传统的机械陀螺相比，具有无运动部件、耐冲击、抗加速运动、结构简单、寿命长、分辨率高、动态范围宽、启动时间极短等突出优点；与激光陀螺仪相比，能够有效地克服闭锁现象，易于制造，成本低，已成为新一代理想惯性器件，目前已发展成为惯性
具有划时代特征的新型主流仪表，未来的惯性设备领域中将占据重要地位。2、初始对准技术光纤捷联惯导系统是一种积分推算系统，这就需要预先给定积分初始值(包括位置、速度和姿态)。载体的位置与速度初值较容易得到，如在静止状态下开始导航时，初始速度为零，也可以利用外部数据直接装订。而初始姿态值相对而言较难得到，这时需要依赖惯导系统的初始对准过程来实现。初始对准误差是光纤捷联惯导系统主要的测量误差源，初始对准误差对系统的误差影响不仅表现在姿态测量输出上，而且表现在速度和位置测量输出上。由于初始对准的精度、对准时间直接影响导航精度和准备时间，所以初始对准技术一直是惯导系统的关键技术之一。按照对外信息需求的不同，初始对准可分为自主式对准和非自主式对准。自主式对准指惯导系统依靠重力矢量和地球自转角速度矢量就可以实现对准，而不需要其他外部信息，该方式对惯性仪表精度要求较高，对准时间通常较长；非自主式对准指通过机电或者光学方法直接引入外部姿态信息或通过引入外部主惯导的导航信息等方法来完成的初始对准。初始对准的两项重要指标是对准时间和对准精度。对于自主式对准，为了提高初始对准的精度，一方面可以提高惯性器件的精度，但是由于提高惯性器件的精度需要增加系统的成本，此外受加工水平的限制，无限制的提高器件的精度是很难实现的；另一方面就是对影响初始对准精度的器件误差进行补偿，可以使现有精度的惯性器件达到较高精度的初始对准精度。常用的初始对准方法有解析式对准方法、罗经回路对准方法、方位估算方法、两位置卡尔曼滤波对准法等。在两位置卡尔曼滤波对准过程中，一般集中在对方位失准角的估计，同时还能观测一部分陀螺漂移误差。3、惯性器件误差补偿根据初始对准的原理，在对准过程中，惯性器件的常值误差的存在是导致寻北精度难以提高的主要因素。惯性器件的常值误差虽然可以对器件建立误差模型后，通过预先标定补偿一部分，但是由于常值误差实际上也是随时间改变的，每次上电后都不一样，如陀螺常值漂移除了有逐次启动误差外，还有逐日漂移的变化，即在一次启动后随着陀螺仪运转时间的增长，陀螺常值漂移量也在缓慢地变化着，因此标定后仍存在常值误差。在实际工程应用中，器件漂移往往不完全是常值，还伴随着随机斜坡漂移。相比常值误差，随机斜坡漂移由于随时间的变化较快，会降低寻北精度，并且一般斜率不定，依靠建模补偿比较困难，而常用的最优两位置对准无法抑制该项误差对寻北的精度影响。通常采用卡尔曼滤波方法在线估计惯性器件的常值误差进行补偿，最常见的对准方案有最优两位置对准方案，但是最优两位置对准方案并不能解决器件随机斜坡漂移对寻北精度的影响。因此如何充分利用对准过程中的零速信息，建立合适的寻北方案消除器件斜坡漂移的影响，对于提高光纤捷联惯组的寻北精度将具有非常重要的军事意义和实用价值。在现有的技术中，通常采用卡尔曼滤波方法在线估计惯性器件的常值误差，并进行补偿，对于固定位置的静基座对准方案，由于陀螺常值漂移与可观测程度较差，因此估计精度不高，加速度计零偏估计不出来，造成补偿效果并不理想。针对静基座捷联惯导系统初始对准时可观测性差的缺点专利I申请号200810064146. 7，提出了基于滤波的光纤陀螺捷联惯导系统两位置初始对准方法，实质是最优两位置对准。该方法首先使载体静止在第一位置，利用卡尔曼滤波方法估计出航向角K1和陀螺漂移εχ1、Syl，然后绕方位轴旋转得到最优第二位置，再估计出第二位置的航向角K2和陀螺漂移ε x2、ey2;利用K1' εχ1、eyl、K2、ε x2、ey2求出陀螺漂移εχ、ey，代入到陀螺的误差模型中，对陀螺的逐次启动误差进行了修正，估计出平台失准角，克服地理等效陀螺漂移对方位失准角估计精度的影响，提高了对准的精度。专利2 申请号200510130615. 7，提出了一种捷联惯性导航系统的任意双位置初始对准方法，原理同专利1，但是第二位置可以是任意的。文献I:关劲等.旋转式捷联惯导系统精对准方法.中国惯性技术学报.2010. 18(4) :396-400，提出了捷联式惯导系统四位置转停的单轴旋转方案，以及在此方案下的精对准方法。将陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变量，通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵改善系统的可观测性。为了使捷联惯导系统的误差方程适合卡尔曼滤波模型，将加速度计误差和陀螺漂移扩充为状态变量，在MU旋转状态下的对准方法大大提高了系统失准角的可观测性，从而提高了对准精度。文献2:孙枫等.旋转捷联惯导系统精对准技术.系统工程与电子技术· 2010. 32(3) =630-633,以及专利3申请号:200910071734. 8，针对惯性器件常值偏差对捷联惯导系统导航精度的影响，提出了一种单轴旋转调制方案并建立该系统误差方程，将系统中陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变化的量。通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵来改善系统的可观测性。利用谱条件数法计算出惯性测量单元在静止和旋转状态下捷联系统的可观测度，采用卡尔曼滤波方法实现了旋转捷联系统的精对准。仿真结果表明，IMU旋转状态下的对准方法消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对系统对准精度的影响，大大提高了对准精度。文献3 :孙枫等.旋转调制捷联惯导惯性测量组件零偏的估计方法.系统工程与电子技术.2011. 33(9) :2045-2049，提出一种基于单轴旋转惯性测量组件的三位置初始对准估计加速度计零偏和陀螺常值漂移水平分量的方法，并给出了惯性器件误差最优估计时IMU的最优转动位置。数字仿真表明该方法能估算和补偿惯性器件误差的水平分量，提高初始对准精度。但是文献1-3、专利1-3中，只是针对惯性器件的常值误差进行补偿，都没有针对惯性器件的随机斜坡漂移进行补偿。针对捷联惯性导航系统(SINS)中陀螺常值漂移存在逐次启动误差以及逐日漂移变化的问题，文献4宫晓琳，房建成.一种在线实时消除SINS陀螺常值漂移的方法.仪器仪表学报.2008. 29(7) :1350-1354、专利4申请号200610114096. X，提出一种捷联状态下在线实时消除陀螺常值漂移的方法，通过附加一个监控陀螺，实现对SINS中导航陀螺常值漂移的在线测量与补偿。半物理仿真结果表明，该方法能够自主地在线测量SINS中导航陀螺逐次启动后的常值漂移量及其缓慢变化，并能够获得误差小于O. 02° /h的陀螺常值漂移，可据此进行陀螺常值漂移的在线实时补偿，有效克服陀螺性能变化对SINS系统精度的影响，提高了 SINS的精度。但是文献4和专利4只针对陀螺的常值漂移提出了补偿方案，没有提出加速度计本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：芦佳振，李保国，张春熹，刘航，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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