[发明专利]一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法

摘要

本发明公开了一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，所述的方法主要包括以下步骤：首先将惯组安装在带温箱双轴转台上，设定转台温箱温度，并为捷联惯导系统上电，待温度稳定后初始化导航系统和卡尔曼滤波器，利用转台使惯组依次转动8个位置，充分激励惯组误差，将导航解算的速度误差作为观测量输入卡尔曼滤波器，估计惯组24个误差参数，分别设定温箱温度为N个不同温度点，重复8位置标定步骤，拟合若干个温度点的误差参数。本发明具有标定快速、不依赖转台精度的优点，同时能够对惯组进行温度补偿，节省繁琐的温度补偿试验。

主权项

1.一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将捷联惯导系统安装在带温箱双轴转台上，确定试验场地的经度、纬度和高度；

(2)设定转台温箱温度，并将捷联惯导系统上电；

(3)待系统温度恒定后，初始化捷联惯性导航系统和卡尔曼滤波器；

(4)控制转台，使捷联惯导系统依次旋转至南东天、南地东、地北东、西北地、天北西、北地西、北东地、北天东8个位置，并在每个位置保持静止5分钟，在此过程中，捷联惯性导航系统进行导航解算，并将导航解算的速度误差作为观测量输入卡尔曼滤波器；

(5)分别设定温箱温度为N个不同温度点，然后将捷联惯导系统重新上电，重复步骤(3)和步骤(4)；

(6)将N个温度点下卡尔曼滤波器所估计出的惯组误差参数对温度进行拟合，进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，其特征在于，所述步骤(4)包括采用基于卡尔曼滤波技术进行捷联惯性导航系统的误差标定，所述步骤(5)包括采用基于最小二乘法进行误差参数的温度拟合，所述的最小二乘法以温度为自变量，拟合N个温度点下卡尔曼滤波标定的误差参数，所述的温度点个数大于等于2。

3.根据权利要求2所述的一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，其特征在于，所述的卡尔曼滤波技术标定方法将导航解算的速度误差作为观测量，利用捷联惯导系统在转台上的8位置旋转充分激励惯组误差，以此估计三轴加速度计零偏▽_x、▽_y、▽_z、三轴加速度计标度因数误差δK_ax、δK_ay、δK_az、加速度计安装误差E_axy、E_axz、E_ayx、E_ayz、E_azx、E_azy、三轴光纤陀螺零偏ε_x、ε_y、ε_z、三轴光纤陀螺标度因数误差δK_gx、δK_gy、δK_gz和光纤陀螺安装误差E_gxy、E_gxz、E_gyx、E_gyz、E_gzx、E_gzy共24个误差参数。

4.根据权利要求3所述的一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，其特征在于，误差参数计算包括以下计算表达式和条件，具体如下：

4.1)建立惯组标定的系统状态方程和量测方程：

含有24个光纤陀螺和加速度计误差参数的卡尔曼滤波器状态方程为：

式中，X为系统状态向量，为系统状态向量的微分，F为状态转移矩阵，G为系统噪声驱动矩阵，W(t)为系统噪声向量；

以速度误差为观测量构建卡尔曼滤波器的量测方程，计算表达式如下：

Z＝HX+V(t)         (2)

式中，观测量Z＝[δV_E δV_N δV_U]^T，H为系统观测矩阵，X为状态向量，V(t)为观测噪声向量；

4.2)离散化系统状态方程：将连续系统进行离散化，该过程采用泰勒级数展开并取前两阶，忽略高阶小量，离散化状态转移矩阵形式如下：

式中，I为单位矩阵，T_f为滤波周期，F为状态转移矩阵；

4.3)利用卡尔曼滤波估计状态量：利用卡尔曼滤波对状态量进行估计，其中状态一步预测公式、状态估计公式、滤波增益矩阵计算公式、一步预测误差方差矩阵计算公式、估计误差方差矩阵公式分别如下所示：

P_k＝[I‑K_kH_k]P_k,k‑1       (8)

最终估计出相应温度点下的加速度计和光纤陀螺的零偏、标度因数误差和安装误差共24个惯组误差参数。

5.根据权利要求2所述的一种基于速度观测的8位置捷联惯导系统级标定方法，其特征在于，利用最小二乘法将惯组的N个温度点下标定的参数进行一阶拟合，步骤如下：

令N个温度点分别为T₁，T₂，…，T_N，对应温度点下标定的误差参数分别为Y₁，Y₂，…，Y_N，待拟合温度系数为c₀、c₁，满足条件如下：