[发明专利]高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，属于惯性导航惯性传感器误差标定技术领域。

背景技术

近年来，随着高超声速飞行器的研制，对导航系统性能的要求日益提高。惯性导航系统具有短时精度高、输出连续以及完全自主等突出优点，必是高超声速飞行器的核心导航信息单元。

惯性传感器（IMU-陀螺仪和加速度计）的测量误差是影响惯性导航系统精度的主要因素。一般IMU的质心应该与飞行器质心重合，而由于飞行器飞行过程中的高频振动、以及飞行器分离时的冲击等环境影响将引起IMU的质心与飞行器质心不重合，如果飞行器存在角运动则会造成加速度计输出产生杆臂效应误差。在飞行器动态飞行过程中，如果杆臂效应误差不能得到补偿将极有可能影响导航系统精度，从而难以满足高超声速飞行器对导航系统的高精度需求。

传统的对于杆臂效应误差的标定和补偿研究多在传递对准系统误差补偿中，利用主惯导的测量输出实现对子惯导的补偿校正。常规的关于杆臂效应误差的补偿方法通常有力学补偿法和数字滤波法，力学补偿法的前提是杆臂长度已知，计算出杆臂效应误差从而实现对其补偿。数字滤波法的前提是杆臂效应误差和加速度计输出信号之间的频率特性已知，从而利用滤波的方法实现对杆臂效应误差的补偿。而在高超声速飞行器高动态飞行过程中，复杂飞行环境的影响有可能导致常规的对杆臂效应误差的补偿方法难以适用。

发明内容

本发明提出了一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，以满足高超声速飞行器动态飞行过程中对导航系统的高精度要求。

本发明为解决上其技术问题采用如下技术方案，

一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，包括如下步骤：

步骤一、建立动态标定杆臂效应误差模型：

杆臂效应引起的加速度计误差模型表示为：

                                                                                   (1)

式(1)中，为杆臂长度，为陀螺仪输出的角速率，为陀螺仪输出角速率的一阶微分；

取东北天地理坐标系为导航坐标系，机体坐标系取“右前上”坐标系，则杆臂效应引起的速度误差和位置误差在导航坐标系的投影为：

                                          (2)

其中，为机体坐标系到导航坐标系的转换矩阵，且。为的反对称矩阵；

设在高超声速飞行器动态飞行过程中，杆臂长度的变化为随机常数，即

                                                   (3)

考虑杆臂效应误差影响，捷联惯性导航系统的速度误差方程为：

          (4)

式(4)中，且,,分别为东北天三个方向的速度，,分别为对应的速度误差及其一阶微分；且,,分别为东北天三个方向的数学平台误差角；为加速度计输出的比力，为杆臂效应误差项；为地球自转角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；为导航坐标系相对地球坐标系的角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；且,,分别为东北天三个方向加速度计的随机误差；

步骤二、在步骤一对杆臂效应误差建模的基础上，将杆臂长度扩展为系统状态变量，构建基于杆臂效应误差模型的滤波器状态方程和位置、速度线性化量测方程：

基于杆臂效应误差建模的系统状态变量X为：

              (5)

式(5)中，为三个数学平台误差角，为三个速度误差，分别为纬度误差、经度误差及高度误差，为加速度计随机误差，分别为杆臂长度在机体坐标系三个轴上的投影；

建立惯性导航系统的误差状态方程，如式(6)所示：

                                        (6)

式(6)中，为系统状态变量；为状态变量的一阶导数；为系统矩阵；为噪声系数矩阵；为噪声矩阵；

采用地理系下位置与速度线性化观测原理，建立地理系下卫星导航位置观测量、速度观测量和惯性导航系统误差状态量之间的线性化量测方程：

                                (7)