[发明专利]旋转弹捷联地磁传感器与陀螺串联校准方法

说明书

本发明涉及一种旋转弹捷联地磁传感器与陀螺串联校准方法，利用采集的旋转弹三轴地磁传感器测量值根据地磁测量原理，拟合椭球参数A和X₀，结合校准点地磁场强度计算地磁传感器误差参数，对所述补偿得到三轴地磁传感器理论输出选取所述作为滤波器的观测变量Z(t)，选取旋转体姿态四元数、陀螺误差参数和零偏误差作为系统的状态变量，进一步构建陀螺误差参数滤波模型，并采用EKF滤波算法完成状态方程X(k)的最优滤波估计计算得到陀螺误差参数，对三轴陀螺测量输出ω_m进行数据补偿。本发明实现了弹载地磁传感器与陀螺两种导航传感器的串联校准与测量数据补偿，对解决旋转弹制导化改造中高精度测量难题具有重要的理论价值与现实意义。

技术领域

本发明涉及旋转弹导航与控制领域中的捷联传感器校准问题，尤其涉及基于磁测信息的旋转弹捷联地磁传感器与陀螺串联校准方法。

背景技术

由于旋转弹发射高过载、高自旋转和高速度的“三高”特殊的应用环境，现有弹载导航传感器普遍存在零偏误差、标度因数误差、轴间不正交误差等各类测量误差。因此，需要对机载传感器在发射前进行校准，以提高其测量精度。

发明内容

针对上述旋转弹地磁/惯性组合导航系统的事前校准问题，本发明内容为一种旋转弹捷联地磁传感器与陀螺串联校准方法，实现了弹载地磁传感器与陀螺两种导航传感器的联合校准与测量输出补偿，对解决旋转弹制导化改造中高精度测量难题具有重要的理论价值与现实意义。

所述方法包括以下步骤：

S1采集校准点地磁场强度并采集旋转弹的三轴地磁传感器测量值

S2利用所述三轴地磁传感器测量值根据地磁测量原理，拟合椭球参数A和X₀；

S3结合所述计算得到地磁传感器误差参数矩阵K_m和零偏误差

S4构建地磁传感器测量误差模型，对所述补偿得到三轴地磁传感器理论输出

S5选取所述三轴地磁传感器理论输出作为滤波器的观测变量Z(t)，选取弹体姿态四元数q、陀螺误差相关参数C和零偏误差ε_g作为滤波器状态变量的系统状态方程；

S6构建陀螺误差参数滤波模型，采用EKF滤波算法完成状态方程X(k)的最优滤波估计计算得陀螺误差参数矩阵的逆矩阵估计值和零偏误差估计值

S7构建三轴陀螺测量误差模型，对三轴陀螺测量值ω_m补偿得到理论输出ω′_i。

校准点地磁场强度为一常数，经过采集测量得到

根据地磁测量原理，定义采集得到的旋转弹地磁传感器在不同姿态下的测量输出数据分布在一个标准椭球曲面上，椭球方程为：

F(η,z)＝a₁x²+a₂y²+a₃z²+2a₄xy+2a₅xz+2a₆yz+2a₇x+2a₈y+2a₉z+a₀＝0；

上式中，η＝[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆,a₇,a₈,a₉]^T为椭球参数，a₀是常数；F(η,z)为地磁传感器测量输出数据x,y,z到该椭球曲面F(η,z)＝0的距离，x,y,z分别对应为三轴地磁传感器各轴测量输出值