[发明专利]一种激光捷联惯导系统性能参数标定方法

权利要求书

1.一种激光捷联惯导系统性能参数标定方法，其特征在于，该方法为：

1）将激光捷联惯导系统安装在翻箱上，将翻箱放置在平板上，并将激光捷联惯导系统对准当地地理坐标系；

2）建立激光捷联惯导系统的误差模型：

δa_bx=α_x+α_xxa_bx+α_xya_by+α_xza_bz

δa_by=α_y+α_yxa_bx+α_yya_by+α_yza_bz

δa_bz=α_z+α_zxa_bx+α_zya_by+α_zza_bz

δω_bx=β_x+β_xxω_bx+β_xyω_by+β_xzω_bz+(β_xyxa_bx+β_xyya_by+β_xyza_bz)ω_by+(β_xzxa_bx+β_xzya_by+β_xzza_bz)ω_bz

δω_by=β_y+β_yxω_bx+β_yyω_by+β_yzω_bz+(β_yxxa_bx+β_yxya_by+β_yxza_bz)ω_bx+(β_yzxa_bx+β_yzya_by+β_yzza_bz)ω_bz

δω_bz=β_z+β_zxω_bx+β_zyω_by+β_zzω_bz+(β_zxxa_bx+β_zxya_by+β_zxza_bz)ω_bx+(β_zyxa_bx+β_zyya_by+β_zyza_bz)ω_by

其中，δa_bi，δω_bi为加速度计和陀螺误差在激光捷联惯导系统坐标系的投影；α_i为加速度计零偏；α_ii为加速度计标度因素；α_ij为加速度计安装误差；a_bi为：地球重力的投影；β_i为陀螺漂移；β_ii为陀螺标度因素；β_ij为陀螺安装误差；β_ijk为加速度引起的陀螺漂移；ω_bi——绝对角速度在激光捷联惯导系统坐标系中的投影；i=x,y,z；j=x,y,z；i≠j；

3）利用下式标定β_i和β_ii：

∫0tδωEdt=βxt+βxxθ;]]>

∫0tδωNdt=βyθ·sinθ+βyxsinθ+βzθ·(cosθ-1)+βzx(cosθ-1);]]>

其中，θ为激光捷联惯导系统的俯仰角，t为标定测试时间；

4）利用下式标定α_i、α_ii、α_ij：

当旋转激光捷联惯导系统的俯仰角θ时：

θ=90°：

δV·E=-αxzg+αxyg-gβyθ·-gβyz+gβzθ·+gβzx;δV·N=-αy-αyzg-αz-αzyg+gβxt+gβxt+gβxxπ2;]]>

θ=180°：

δV·E=2βzθ·g+2gβzx-2αxzg;δV·N=-2αy+gβxt+gβxxπ;]]>

当旋转激光捷联惯导系统的横滚角γ时：

γ=90°：

δV·E=-αx-αxzg+αz-αzxg-gβyt-gβyyπ2δV·N=-αyzg-αyxg+gβxγ·+gβxy+gβzγ·+gβzy;]]>

γ=180°：

δV·E=-2αx-gβyt-gβyyπδV·N=-2αyzg+2βzγ·g+2βzyg;]]>

当旋转激光捷联惯导系统的方位角ψ时：

ψ=90°：

δV·E=-αx-αxzg+αy+αyzg+gβxψ·+gβxz-gβyψ·-gβyzδV·N=-αy-αyzg-αx-αxzg+gβxψ·+gβxz+gβyψ·+gβyz;]]>ψ=180°：

δV·E=-2αx-2αxzg+2βxzg+2βxψ·gδV·N=-2αy-2αyzg+2βyzg+2βyψ·g;]]>

5）标定陀螺安装误差：

利用下式估计β_zx和β_yx：

其中，

利用下式估计β_zy和β_xy：

其中，

利用下式估计β_xz和β_yz：

其中，

2.根据权利要求1所述的激光捷联惯导系统性能参数标定方法，其特征在于，所述步骤3）中，β_i和β_ii的标定公式的计算过程如下：

1）简化激光捷联惯导系统的误差模型，得到以下激光捷联惯导系统的简化误差模型：

E-通道：

δV·E=-gΦN+δaEΦ·N=δVER+δωN;]]>

N-通道：

δV·N=gΦE+δaNΦ·E=-δVNR+δωE;]]>

其中，为惯导东向加速度计输出加速度，δV_E为激光捷联惯导系统东向测量通道输出速度，Φ_N为激光捷联惯导系统北向测量通道输出转动角度，为激光捷联惯导系统北向测量通道输出转动角速度，R为转动半径，为激光捷联惯导系统北向加速度计输出加速度，δV_N为激光捷联惯导系统北向测量通道输出速度，Φ_E为激光捷联惯导系统东向测量通道输出转动角度，为激光捷联惯导系统东向测量通道输出转动角速度，δa_E，δa_N为当地地理坐标系中的加速度计误差投影，δω_E，δω_N为当地地理坐标系中的陀螺误差投影；g为重力加速度；

2）忽略上述简化误差模型中的和项，得到新的误差模型：

δV·E=-gΦN(0)+δaE-g∫t0tδωNdtδV·N=gΦE(0)+δaN+g∫t0tδωEdt;]]>

其中，Φ_E(0)，Φ_N(0)为水平对准误差，且：

ΦN(0)=1g(αx+αxzg)ΦE(0)=-1g(αy+αyzg);]]>

3）确定激光捷联惯导系统坐标系和当地地理坐标系之间的方向余弦矩阵

CbLL=c11c12c13c21c22c23c31c32c33;]]>

c₁₁=cosγcosψ+sinθsinγsinψ

c₁₂=cosθsinψ

c₁₃=sinγcosψ-sinθcosγsinψ

c₂₁=-cosγsinψ+sinθsinγcosψ

其中，c₂₂=cosθcosψ；

c₂₃=-sinγsinψ-sinθcosγcosψ

c₃₁=-cosθsinγ

c₃₂=sinθ

c₃₃=cosθcosγ

θ,γ,ψ分别为激光捷联惯导系统的俯仰角，横滚角和方位角；

4）旋转翻箱，保证激光捷联惯导系统工作的导航模式的时间为2～5分钟，得到旋转过程中激光捷联惯导系统的绝对角速度ω_b：

ωb=θ·00;]]>

其中，为旋转角速度；

5）假设激光捷联惯导系统的横滚角γ和方位角ψ保持不动，旋转激光捷联惯导系统的俯仰角θ，得到激光捷联惯导系统坐标系和当地地理坐标系之间的新的方向余弦矩阵

Cb′LL=1000cosθ-sinθ0sinθcosθ;]]>

6）根据激光捷联惯导系统的误差模型和绝对角速度ω_b，得到：

δωbx=βx+βxxθ·δωby=βy+βyxθ·δωbz=βz+βzxθ·;]]>

7）将陀螺误差从激光捷联惯导系统坐标系转换到当地地理坐标系，得到：

δωEδωNδωUp=Cb′LLδωbxδωbyδωbz=δωxbδωybcosθ-δωzbsinθδωybsinθ+δωzbcosθ;]]>

δω_Up为转动轴向敏感陀螺的输出；为绝对角速度ω_b在激光捷联惯导系统坐标系中的投影；

8）将步骤6）的公式代入步骤7）的公式中，得到陀螺误差在当地地理坐标系的投影为：

δωE=βx+βxxθ·δωN=βycosθ+βyxθ·cosθ-βzsinθ-βzxθ·sinθ;]]>

δω_E为转动后东向陀螺的输出、δω_N为转动后北向陀螺的输出；

9）对步骤8）的公式积分，得到：

∫0tδωEdt=βxt+βxxθ;]]>

∫0tδωNdt=βyθ·sinθ+βyzsinθ+βzθ·(cosθ-1)+βzx(cosθ-1).]]>