[发明专利]一种应用GPS/SINS组合的挠性陀螺比力敏感误差飞行校准方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性技术领域，具体涉及一种应用GPS/SINS组合的挠性陀螺比力敏感误差飞行校准方法。

背景技术

挠性陀螺是一种双自由度陀螺仪，因其在精度、体积、成本和可靠性等方面的优势而广泛应用在各种导航、制导与控制系统中。然而在实际应用中，挠性陀螺仪的角速度测量值中存在着由于各种干扰力矩产生的漂移误差，一般由静态漂移误差、动态漂移误差和随机漂移误差等组成，其中由线运动引起的静态漂移误差是挠性陀螺漂移误差的主要部分，也是挠性捷联惯导系统误差的主要因素。挠性陀螺静态漂移误差数学模型中包含了对比力不敏感的漂移误差项和对比力敏感的漂移误差项。当载体进行大机动运动时，挠性陀螺对比力敏感的漂移误差项被线加速度激发和放大，引起惯性导航的误差随之增大。

挠性捷联惯导系统一般由两个双自由度挠性陀螺、三个石英加速度计、导航计算电路、电源电路及接口电路等构成。挠性捷联惯导系统在进入导航状态前首先要完成初始对准。初始对准的精度直接影响着导航结果的精度。当载体需要快速反应时，惯导系统没有足够的时间进行精确地初始对准，其初始对准误差较大。为了获得精确的导航结果，在载体飞行中需要利用外部信息实时对惯导系统及惯性器件的误差进行估计和补偿。

全球定位系统(GPS)与捷联惯性导航系统(SINS)具有极强的功能互补性，二者的组合系统GPS/SINS日益成为导航领域的研究热点。GPS/SINS组合系统的一种工作模式是，无地面初始对准或者只进行粗对准，快速起飞后利用GPS信息进行飞行校准，实现SINS误差的实时补偿。

对于挠性SINS，在实际工程应用中，如果能够通过建立合理的双自由度挠性陀螺静态漂移误差模型，并且充分利用飞行过程中的GPS观测信息，对挠性陀螺静态漂移误差模型中对比力敏感的漂移误差项分离和补偿，从而减小挠性陀螺比力敏感漂移误差对导航精度的影响，对于提升挠性惯组的快速反应能力以及提高挠性捷联惯导系统实际导航性能将具有非常重要的军事意义和实用价值。

参考文献[1]：多位置对准技术在挠性陀螺捷联系统初始对准中的应用研究，战术导弹控制技术，2004年No.3(总46期)，谢波，裴听国，万彦辉。文中针对挠性陀螺捷联系统的特点，将多位置对准技术应用于挠性陀螺捷联系统利用分段定常系统可观测性分析理论对系统多位置对准的可观测性进行了全面研究，并采用卡尔曼滤波方法，对姿态误差角和惯性测量元件误差进行了估计，给出了两位置及三位置的方差仿真曲线。仿真结果表明，最优两位置对准不但可以使系统成为完全可观测，而且可以减小对准误差。最优三位置对准可以加速垂直陀螺漂移估计误差的收敛速度，将多位置技术应用于挠性陀螺捷联系统可以提高系统的对准、标定精度。但是该研究在对挠性陀螺各个方向上的漂移误差进行仿真时，将静态漂移误差模型中的各项陀螺漂移误差作为一个整体进行估算，没有将挠性陀螺静态漂移误差模型中包含的对比力不敏感的漂移误差项和对比力敏感的漂移误差项进行分离并分别估算导致对陀螺漂移误差的估计精度不高；多位置切换用于实践过程，对初始对准要求较为苛刻，对系统快速反应能力也不利。参考文献[1]中的附图，如图1所示，图中主要关注X、Y、Z向陀螺漂移的误差(右下角三个小图)，图中将挠性陀螺在各个方向上静态漂移误差模型中包含的对比力不敏感的漂移误差项和对比力敏感的漂移误差项作为一个整体进行仿真计算，没有进行分离，故该研究对陀螺漂移误差的仿真结果只有一项，且精度不高。此外，所需对准过程需要经历两位置切换以及800s反应时间，对系统快速反应不利。

参考文献[2]：捷联惯性系统在线加速运动对准时的卡尔曼滤波仿真，惯性导航初始对准，东南大学出版社，1998年出版。174～178。万德钧，房建成。文中公开有：仿真分析捷联惯导系统在加速运动条件下器件误差以及系统姿态误差的可观性。缺点是对陀螺漂移误差可观性的研究只包含常值项，没有得到对比力敏感的漂移误差项在加速运动条件下的可观性。无法将挠性陀螺静态漂移误差模型中包含的对比力不敏感的漂移误差项和对比力敏感的漂移误差项进行分离。

发明内容

本发明的目的在于充分利用挠性惯导系统在大加速段过程中的GPS观测信息，实现飞行过程中挠性陀螺比力敏感及比力不敏感的漂移误差项的分离和补偿，从而减小挠性陀螺比力敏感漂移误差项对导航精度的影响。此外，挠性惯导系统初始对准过程只需数秒的粗对准，从而实现惯导系统的快速反应。

本发明提供的应用GPS/SINS组合的挠性陀螺比力敏感误差飞行校准方法，具体通过如下步骤实现：

步骤1、确定载体的初始位置参数，并将其装订至导航计算机；