[发明专利]一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法

摘要

本发明涉及的是惯性导航系统技术领域，特别是涉及船用双轴旋转光纤陀螺捷联惯导系统的一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法。本发明包括利用转台将惯性测量单元姿态调整到地理坐标系；惯性测量单元预热后并初始对准，确定惯性测量单元坐标系相对地理坐标系初始姿态；对准完成后同时进入导航状态，进行第一次翻转等。本发明加速度计零偏估计时间更短，且更精确。对陀螺漂移估计效果更好，时间更短。陀螺和加速度计标度因数误差估计时间更短。

主权项

1.一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用转台将惯性测量单元姿态调整到地理坐标系；(2)惯性测量单元预热后并初始对准，确定惯性测量单元坐标系相对地理坐标系初始姿态s代表IMU坐标系，n代表地理坐标系；(3)对准完成后同时进入导航状态，进行第一次翻转由位置一至位置二绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转180°，逆时针为正；(4)利用步骤(3)翻转过程角速度和比力与Z轴陀螺标度因数误差δkgz、Z轴加速度计标度因数误差δkaz耦合，根据加速度计和陀螺误差模型，计算测量误差，代入导航误差方程中，计算速度误差；(5)由步骤(4)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将Z轴陀螺标度因数误差与Z轴加速度计标度因数误差估计出来；(6)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，将估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生的速度误差代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(7)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转由位置二至位置三绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转90°；(8)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(9)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，并进行翻转绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转‑180°；(10)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(11)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转由位置四至位置五绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转‑90°；(12)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(13)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的X轴以3°/s角速度翻转90°；(14)利用步骤(13)翻转过程角速度和比力与Y轴加速度计标度因数误差δkay、X轴陀螺标度因数误差δkgx耦合，根据加速度计和陀螺误差模型，计算测量误差，代入导航误差方程中，最终计算速度误差；(15)再由步骤(14)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将X轴陀螺标度因数误差、Y轴加速度计标度因数误差估计出来；(16)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(17)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转180°；(18)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(19)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转90°；(20)利用步骤(19)翻转过程比力与X轴标度因数误差δkax耦合，根据加速度计误差模型，计算测量误差，代入导航误差方程中，计算速度误差；(21)再由步骤(20)的速度误差做观测量，代入到卡尔曼滤波方程中，将X轴标度因数误差估计出来；(22)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(23)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转‑180°；(24)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(25)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的Z轴以3°/s角速度翻转‑90°；(26)翻转后停止300秒，在停止时间内，重新初始对准，由估计陀螺与加速度计常值漂移在该段时间积累产生速度误差，代入到卡尔曼滤波方程中，估计出陀螺漂移εs与加速度计零偏▽s；(27)停止时间到，同时初始对准结束进入导航状态，同时进行翻转绕惯性测量单元的X轴以3°/s角速度翻转‑90°回到初始位置，整个旋转方案结束，即标定完成；所述的卡尔曼滤波方程：Xk表示tk时刻状态向量：λ、分别表示经纬度误差，δV_x、δV_y分别表示东、北向速度误差，α、β、γ分别表示东、北、天方向失准角，ε^s_x、ε^s_y、ε_z^s、分别表示三轴陀螺漂移和加速度零偏，δk_gx、δk_gy、δk_ax、δk_ay、δk_az分别表示X、Y轴陀螺标度因数误差和X、Y、Z轴加速度计标度因数误差，A_k,k‑1表示t_k‑1至t_k时刻的一步转移阵，Γ_k‑1为系统噪声驱动阵，H_k为量测阵，V_k为量测噪声阵，W_k‑1为系统激励噪声阵，Z_k表示量测量；wie＝7.292115×10‑5(rad/s)，L＝45.7796°，Re＝6378393.0(m)；C₁₁至C₃₃表示当前时刻捷联矩阵，分别表示三轴当前时刻IMU系角速度与比力。