[发明专利]石英挠性加速度计测量组件的参数辨识标定方法

摘要

本发明提供的是一种石英挠性加速度计测量组件的参数辨识标定方法。本发明的技术方案通过控制三轴位置速率转台到不同的位置来激励出石英挠性加速度计测量组件的静态误差，通过控制三轴位置速率转台以不同的速率转动激励出石英挠性加速度计测量组件的动态误差，并应用Kalman滤波器辨识出石英挠性加速度计测量组件的误差模型参数，最后利用所辨识的参数确定石英挠性加速度计测量组件的误差模型。本发明提供的技术方案对于提高石英挠性加速度计测量组件的标定精度，从而提高装配有石英挠性加速度计测量组件的捷联惯性导航系统的精度有着积极意义。

主权项

1、一种石英挠性加速度计测量组件的参数辨识标定方法，其特征是：步骤1：将配备石英挠性加速度计测量组件的捷联惯性导航系统放置于三轴位置速率转台上，石英挠性加速度计测量组件的X、Y、Z轴陀螺的主轴分别与转台的内、中、外框的自转轴平行，捷联惯性导航系统进行预热，然后采集陀螺仪和加速度计输出的数据；步骤2：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理东向，y轴指向地理北向，z轴指向地理天向，记录石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角：纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ；以地理坐标系n系下的重力加速度[0，0，g]T作为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：常值偏差bz、标度因数误差Sz、二次误差项dz进行参数辨识；步骤3：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理东向，y轴指向地理北向，z轴指向地理天向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的y轴始终朝北，绕y轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向依次转动45度，连续转动7次，记录下每个位置上石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角：纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ；以地理坐标系n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：安装误差τyz和τyx进行参数辨识；步骤4：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理东向，y轴指向地理北向，z轴指向地理天向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的y轴始终朝北，绕y轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向匀速旋转，以加速度计采样频率记录下石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ和围绕三轴的旋转速率ωx、ωy、ωz，以地理坐标系n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的动态误差系数：尺寸效应误差rz进行参数辨识；步骤5：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理正南方向，y轴水平向下，z轴指向地理天向，记录石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ，以n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：常值偏差by、标度因数误差Sy、二次误差项dz进行参数辨识；步骤6：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理正南方向，y轴水平向下，z轴指向地理天向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的x轴始终朝南，绕x轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向依次转动45度，连续转动7次，记录下每个位置上石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ，以n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：安装误差τxz和τxy进行参数辨识；步骤7：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴指向地理正南方向，y轴水平向下，z轴指向地理天向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的x轴始终朝南，绕x轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向匀速旋转，旋转角速度设置为1.6度每秒，以加速度计采样频率记录下石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ、航向角ψ和围绕三轴的旋转速率ωx、ωy、ωz，以地理坐标系n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的动态误差系数：尺寸效应误差ry进行参数辨识；步骤8：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的x轴水平向下，y轴指向地理正西方向，z轴指向地理北向，记录石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ，以n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：常值偏差bx、标度因数误差Sx、二次误差项dx进行参数辨识；步骤9：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的的x轴水平向下，y轴指向地理正西方向，z轴指向地理北向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的z轴始终朝北，绕z轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向依次转动45度，连续转动7次，记录下每个位置上石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ和航向角ψ，以n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的静态误差系数：安装误差τzx和τzy进行参数辨识；步骤10：操作三轴位置速率转台使石英挠性加速度计测量组件的的x轴水平向下，y轴指向地理正西方向，z轴指向地理北向，以此作为初始位置，石英挠性加速度计测量组件的z轴始终朝北，绕z轴将石英挠性加速度计测量组件按正方向匀速旋转，旋转角速度设置为1.6度每秒，以加速度计采样频率记录下石英挠性加速度计测量组件的原始输出Nx b、Ny b和Nz b，以及三轴位置速率转台输出的姿态角纵摇角θ、横摇角γ、航向角ψ和围绕三轴的旋转速率ωx、ωy、ωz，以地理坐标系n系下的重力加速度为外观测量，利用Kalman滤波器对石英挠性加速度计测量组件的误差模型中的动态误差系数：尺寸效应误差rx进行参数辨识；步骤11：将步骤2至步骤10中经过Kalman滤波器辨识得到的参数带入到石英挠性加速度计测量组件误差模型$\left[\begin{array}{c}\delta f_x\\ \delta f_y\\ \delta f_z\end{array}\right]=\left(\begin{array}{ccc}{S}_x& {\text{τ}}_{\mathrm{yx}}& {\tau }_{\mathrm{zx}}\\ {\tau }_{\mathrm{xy}}& S_y& {\tau }_{\mathrm{zy}}\\ {\tau }_{\mathrm{xz}}& {\tau }_{\mathrm{yz}}& S_z\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{f}_x\\ f_y\\ f_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_x\\ b_y\\ b_z\end{array}\right]+\left(\begin{array}{ccc}{d}_x& 0& 0\\ 0& d_y& 0\\ 0& 0& d_z\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{f}_x^2\\ f_y^2\\ f_z^2\end{array}\right]+\left(\begin{array}{ccc}{r}_x& 0& 0\\ 0& r_y& 0\\ 0& 0& r_z\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{\omega }_y^2+{\omega }_z^2\\ {\omega }_z^2+{\omega }_x^2\\ {\omega }_x^2+{\omega }_y^2\end{array}\right]---\left(1\right)式中下标x，y，z表示载体坐标系的三个轴，即加速度计测量组件的三个轴；\delta f表示石英挠性加速度计测量组件的实际输出；f表示石英挠性加速度计测量组件的理论输出；S表示加速度计测量组件的刻度因数；\tau 表示加速度计测量组件的安装误差；b表示加速度计测量组件的常值偏差；d表示加速度计测量组件的二次误差项；r表示加速度计测量组件的尺寸效应误差，确定上述模型系数，按照式(1)建立起石英挠性加速度计测量组件误差模型，完成整个标定过程。$