[发明专利]一种在单轴旋转捷联惯导系统中刻度因数误差的补偿方法

说明书

(一)、技术领域

本发明涉及的是单轴旋转式捷联惯导系统中常值器件误差的补偿方法，尤其是高精度捷联惯导系统的单轴四位置转停方案中，刻度因数误差的补偿方法。

(二)、背景技术

捷联惯导系统就是把惯性仪表固连在载体上，用计算机来完成导航平台功能的导航系统，它与平台惯导系统相比具有体积小，重量轻，成本低，可靠性高，便于维护等优点，因此得到了越来越广泛的应用。而惯性器件常值误差会对初始对准的精度和导航解算产生影响。为了提高惯导系统的精度，应该将器件常值误差补偿掉。

单轴旋转捷联惯导系统采用误差自校正方法，就是在捷联惯导系统的外面加上转动机构和测角装置，在不使用外部信息的条件下，通过对惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)的转动，将与旋转轴垂直方向上的惯性器件常值偏差在导航坐标系上调制呈周期性变化的，这样在一个转动周期内，它的均值为零，就可以抵消常值偏差对系统精度的影响，达到误差补偿的目的。由于旋转机构本身具有转位控制机构，可以通过旋转提高惯性器件误差的可观测度，估计出器件误差，减小器件误差的影响，从而提高捷联惯导系统初始对准的精度。

由于惯性器件的标度因数经过标定后依然存在误差，而且标度因数还会随着时间、温度等因素而改变，这就导致惯导系统在实际工作过程中始终存在着标度因数误差的影响。随着捷联惯导系统精度的提高，刻度因数误差的影响，相对来说越来越大。刻度因数误差可等效成一个常值陀螺漂移，但是在旋转的过程中，不同位置等效的陀螺漂移的方向和大小都是不同的，这就会对初始对准过程中陀螺漂移的估计造成影响，所以，我们必须在估计陀螺漂移之前，对刻度因数误差进行估计和补偿。虽然现有的刻度因数误差模型可以估计出刻度因数误差，但是若要进行补偿，就会存在很大的误差。所以提出一个可以进行估计和补偿的刻度因数误差模型有重要的意义。

(三)、发明内容

本发明的目的是提供一种在单轴四位置旋转方案下补偿刻度因数误差的影响以提高惯导系统精度的方法。

本发明的目的是这样是实现的：

本发明包括下列步骤：

(1)光纤陀螺捷联惯导系统预热后采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出的数据。

(2)根据加速度计的输出与重力加速度的关系以及陀螺仪输出与地球旋转角速率的关系初步确定此时的姿态信息(纵摇角θ，横摇角γ和航向角ψ)，完成捷联惯导系统的粗对准。

(3)以粗对准给出的姿态信息作为初始值，利用罗经回路原理，建立载体坐标系b和计算地理坐标系n′之间的转换矩阵，完成捷联惯导系统的精对准。

(4)建立新的刻度因数误差模型，并建立以位置误差、速度误差、失准角、加速度计零偏、陀螺漂移和刻度因数误差为状态变量的卡尔曼滤波状态方程及以速度误差为观测量的量测方程。

(5)利用步骤(4)所建立的卡尔曼滤波方程，对z轴刻度因数误差δK_z进行滤波估计。

(6)将估计出的δK_z按下式进行补偿：

ωib=ω^ib-δω(δK)=ω^ib1+δK]]>

其中，ω_ib为陀螺的理论输出值；为陀螺的实际输出值；δω_(δK)是由刻度因数误差造成的陀螺输出误差，δK为陀螺三个轴向的刻度因数误差，记为δK＝[δK_x δK_y δK_z]^T。

这样刻度因数误差的影响就被补偿掉，此时陀螺输出值中已经不再包含刻度因数误差的影响。

本发明还可以包括如下特征：