[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

说明书

本发明提供一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术。首先，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。然后，给出Kalman滤波的状态方程与观测方程，让转台开始绕单轴进行旋转，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。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。最后，分析标定输出结果，完成全部标定，更新系统误差参数。虽然不能够将所有系统误差参数同时估计出来，而是将不同轴的相关参数依次标定出来，但是也能够保证最后结果的准确性，并能够实现较快的收敛速度，大幅度缩短标定时间。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

光纤陀螺捷联惯导系统作为一种高精度导航系统，目前已广泛应用于各种军工与民用科技工程领域。但是，由于机械制造工艺水平技术的缺陷以及材料加工工艺技术的限制，我国光纤陀螺捷联惯导系统的精度水平和发达国家相比仍存在一定差距，现有的惯性器件还不能够满足所需的精度要求。所以，想要通过改进设计或提高工艺指标来提高光纤陀螺的精度变得越来越困难，所需的技术成本越来越高、研制周期变长，而且还给生产、装配和维护带来不便。由于导航系统误差参数的大小直接决定导航定位精度，所以准确测试光纤陀螺的系统误差参数在提高惯导系统的精度上具有重要作用。因此，对系统误差参数进行精确的标定和补偿来提高惯导系统的精度更有实际意义。

当光纤陀螺惯导系统用于某些恶劣的环境时，系统的误差参数容易发生变化。一般的实验室标定方法是通过建立较为复杂的数学模型，统一运算或者实验就要想把所有误差参数全部标定出来。要达到这个目的就需要设计合理的标定路径，满足全部参数的可观测性要求，而这个过程也通常需要较长的时间来实现，而且在某些情况下，还需要牺牲一部分误差参数的准确性来保证大部分系统参数的精度要求，这样就可能使得某些系统误差参数的估计结果不太准确。从而造成了系统误差参数估计精度下降的问题。

基于上述现状与实际光纤陀螺惯性导航系统所遇到的问题，本发明从另一个思路来考虑，不一定需要把全部参数统一标定出来。从一次标定过程改为本发明中提出的分为三次标定过程，先通过一个轴的单独旋转，产生部分激励，通过Kalman滤波方程进行滤波，标定出一部分系统误差参数，再依次旋转另外两个轴，用同样的方法，标定出其他的导航误差参数结果。

本发明中提出的单轴旋转标定方法，虽然不能够将所有系统误差参数同时估计出来，而是将不同轴的相关参数依次标定出来，但是也能够保证最后结果的准确性，并能够实现较快的收敛速度，大幅度缩短标定时间。

发明内容

本发明的目的是基于高精度光纤陀螺惯性导航系统，提供一种基于Kalman滤波的单轴旋转标定技术，快速估计出系统误差参数，改善一般标定技术收敛速度较慢，估计精度较低的问题。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括以下步骤：

(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。