[发明专利]一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术

权利要求书

1.一种基于光纤陀螺捷联惯导系统的单轴旋转快速标定方法，通过每个轴的各自旋转标定出与该轴相关的系统导航误差参数，其特征包括以下步骤：

(1)完成光纤陀螺捷联惯导系统相关的调试工作；

(2)将光纤陀螺捷联惯导系统安装转台上，预热后，开始采集IMU输出的导航数据，确定IMU是否能够正常工作；

(3)根据陀螺与加速度计的输入输出关系，建立惯性器件输入输出模型；

(4)根据捷联惯导系统的速度误差方程与姿态误差方程，确定状态量与观测量，然后给出Kalman滤波的状态方程与观测方程；

(5)对转台进行参数设置，让转台开始绕单轴进行旋转；

(6)规定时间完成后，根据建立的Kalman滤波方程对系统误差参数进行估计，将与该轴相关的部分参数激励出来；

(7)完成第一个轴的标定过程后，按照同样的方法，使转台再依次完成另外两个轴的旋转标定；

(8)分析标定输出结果，完成全部标定，更新系统误差参数；

加速度计的线性标定模型表示为：

A^a＝δK^af^b+δB^a+w^a

其中，A^a表示加速度计在a系下的输出；f^b表示加速度计在载体坐标系b系下的输入比力向量；加速度计零偏δB^a；系统的随机噪声w^a；加速度计在i方向上的标度因数用δK_i(i＝x,y,z)表示；在a系下加速度计i方向上的测量轴与b系下加速度计j方向上的测量轴之间的安装系数用δM_ij表示；

本发明以绕z轴旋转标定为例，该轴的输入输出模型为：

(2)同理，陀螺通道的加速度计的线性标定模型可表示为：

T^g＝δS^gω^b+δD^g+w^g

式中，T^g表示三只陀螺在g系下的输出；ω^b表示三只陀螺在b系下的输入角速率；三只陀螺的零偏δD^g；系统的随机陀螺漂移w^g；陀螺在i方向上的标度因数用δS_i(i＝x,y,z)表示；在g系下陀螺i方向上的测量轴与b系下陀螺j方向上的测量轴之间的安装系数用δE_ij表示；

同样，以绕z轴旋转标定为例，该轴的输入输出模型为：

(1)根据光纤陀螺捷联惯导系统速度误差及姿态误差方程，建立导航误差方程，得出Kalman滤波的状态方程：

X为27维系统状态变量，F为27×27维系统的状态矩阵，G为27×6维的系统噪声矩阵，W为6维系统噪声向量，6维噪声向量可用白噪声表示为：

状态转移矩阵可用F表示： ；其中：

；

R_e表示地球的半径，L表示SINS所在地的纬度，ω_ie表示地球自转角速率，V_E和V_N分别表示捷联解算过程中的东向速度和北向速度；f_E、f_N和f_U分别代表加速度计测得的东向、北向和天向输出比力；和分别表示加速度计和陀螺的捷联转换矩阵；ω^b为真实的陀螺角速率输入值；

同理，16×5维的系统噪声矩G阵也可写成分块矩阵形式，最终表示为：

系统的噪声转移矩阵可以用来表示；

(2)建立Kalman滤波的状态方程

将IMU的速度误差作为观测量，则滤波方程中的量测方程可表示为：

Z＝H·X+v

上式中，H和v分别为：

H＝[diag{1 1 1}0_3×24]，v＝[v_x v_y v_z]^T

其中，H代表观测矩阵，v代表量测噪声。