[发明专利]一种斜置冗余捷联惯性导航系统的快速标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种斜置冗余捷联惯性导航系统的快速标定方法，属于航空、航天导航技术领域。

背景技术

传统的捷联惯导系统方案为“3陀螺+3加速度计”正交配置，利用陀螺与加速度计的敏感轴构建惯导系统的本体坐标系。在惯导解算过程中将利用陀螺与加速度计的全部输出信息。传统的捷联式惯导系统不允许惯性敏感元件产生故障输出，当任意惯性敏感元件发生故障输出异常值时，系统输出的导航结果将不再有效。因此传统的捷联惯导系统中任意惯性器件的故障等同于整套系统的报废，引起的后果将不堪设想。惯导系统的精度和可靠性很大程度上取决于惯性敏感元件的精度及可靠性。提高惯性敏感元件的精度和可靠性需要整个工业及制造业水平的提高，这需要很长的研发周期并且投入巨大的财力。在现有工业生产水平条件下，采用冗余设计是提高惯导系统可靠性的有效途径。

冗余技术可分为系统级冗余及器件级冗余两种。系统级冗余指一套或多套系统作为备份，当主系统失效时备份系统开始工作；器件级冗余指利用多个惯性敏感元件的最佳配置来构成冗余系统，当一个或多个器件失效时冗余器件仍可完成导航任务。平台式惯导系统机械结构较为复杂，均采取系统级冗余策略。与平台式系统相比，捷联式惯导系统体积较小，惯性敏感元件灵活地与载体固联，无需使用复杂的机械支承及稳定平台，因此器件级冗余技术更适用于捷联式惯导系统。冗余技术已成为提高捷联惯导系统(SINS)可靠性及精度的重要方法之一。相比较系统级冗余，器件级斜置冗余方式在体积功耗及成本方面具有较大优势，成为冗余捷联惯导系统(RSINS)的首选。斜置RSINS在使用前必须对传感器进行准确标定，以确定各惯性传感器的零偏、标度因数及安装失准角等参数。

传统正交型SINS主要有分立式和系统级两种标定方法：分立标定法直接利用陀螺仪和加速度计的输出作为观测量，一般采用最小二乘法；系统级标定则利用陀螺仪和加速度计的输出进行导航解算，以导航误差(位置误差、速度误差及姿态误差)作为观测量来标定系统的误差参数。由于斜置RSINS传感器采用非正交安装方式，其标定方法有别于传统正交型SINS。

现有的冗余捷联惯导系统标定时有着如下不足之处：

1、现有国内分立式标定方法仅适用于精度较低的MEMS器件组成的冗余捷联惯导系统，通用性较差；

2、对目前国内惯性器件水平而言，尚不能完全发挥系统级标定的优势，若Kalman滤波器设计不恰当，各标定参数估值将发散，严重影响标定性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种斜置冗余捷联惯性导航系统的快速标定方法，分别利用四位置法和三位置转动法标定冗余加速度计及陀螺仪的零偏、标度因数及安装失准角等标定参数，并且利用仿真平台验证本发明标定方法的准确性。本发明标定精度高，操作简便，具有较好的工程应用价值，应用于惯性传感器零偏、标度因数及安装失准角等参数的辨识中，可以有效地辨识出参数，具有很高的标定精度。

一种斜置冗余捷联惯性导航系统的快速标定方法，包括以下几个步骤：

步骤一：描述斜置RSINS安装失准角，构建标定量测方程；

（1）斜置RSINS安装失准角描述；

（2）构建斜置RSINS标定量测方程；

步骤二：确定斜置RSINS标定方案，包括确定三轴转台位置，加速度计四位置标定方法，确定陀螺仪标定方法，采用陀螺仪四位置标定方法或陀螺仪三位置转动标定方法；

步骤三：搭建斜置RSINS标定仿真平台，并利用仿真平台验证所述的标定方法的准确性。

本发明的优点在于：

（1）本发明所述方法适用于多种精度的斜置RINS的标定，具有通用性；

（2）本发明所述方法标定精度较高，操作简单且耗时短，可以满足中、低精度斜置RSINS的快速标定需求；

（3）本发明所述方法对于中低精度陀螺仪，三位置转动标定方法有效增强了陀螺仪标定参数可观测性。

附图说明

图1是本发明理想传感器轴向与系统本体坐标系的安装关系；

图2是本发明实际传感器轴向与系统本体坐标系的安装关系；

图3是本发明标定仿真平台结构框图；

图4是本发明六冗余RSINS的正十二面体安装方式；

图5是本发明的方法流程图。

图中：

1—斜置RSINS配置方式选择模块    2—IMU数据构造模块   3—标定参数选择模块

4—转台位置和速率选择模块       5—标定参数解算模块  6—标定结果验证模块

具体实施方式