CN105241474B - 一种斜置构型惯导***标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于导航技术领域，涉及一种敏感轴斜置的惯导***的标定方法。本发明技术方案通过采用归一正交化的方法，把斜置的陀螺、加速度计敏感轴通过方向余弦矩阵转换到弹体轴上，使得虚拟的陀螺坐标系、加速度计坐标系与真实的弹体系重合，从而法解决了敏感轴斜置的惯导***的参数辨识问题。

Description

一种斜置构型惯导***标定方法

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及一种敏感轴斜置的惯导***的标定方法。

背景技术

捷联惯导***通常采用余度技术提高***的可靠性和精度,惯性敏感器件多采用倾斜配置。而对于非冗余的惯性导航***,其敏感器件也可以采用斜置,其优点在于可以扩大载体三个轴方向的角速度和加速度测量范围,节省惯性器件的安装空间。但是这种安装方式给惯测装置的标定带来了困难。常规的标定方法要求惯性器件沿正交的载体坐标系安装，通过转台上的位置试验、速率试验,辨识惯性器件的各项参数。

因此，亟需研制一种斜置构型惯导***标定方法，既可以在捷联惯导***或非冗余的惯性导航***中倾斜配置惯性敏感器件，又可以准确、快速辨识敏感轴斜置的惯导***的各项参数，方便对惯导***进行标定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜置构型惯导***标定方法，从而准确、快速辨识敏感轴斜置的惯导***的各项参数。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案如下：

一种斜置构型惯导***标定方法，具体包括以下步骤：

一、对惯导***陀螺仪、加速度计进行配置

设置惯导***三个非正交的陀螺仪分别为G₁、G₂、G₃，三个正交的弹体轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；陀螺仪的三个输入轴OG₁、OG₂、OG₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴的夹角为α的圆锥面上，相邻的陀螺仪的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OG₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

三个非正交的加速度计分别为A₁、A₂、A₃，加速度计的三个输入轴OA₁、OA₂、OA₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴夹角为β的圆锥面上，相邻的加速度计的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OA₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

其中，α+β＝90°；在本具体实施例中：α为54.73°，β为35.27°。

二、分别对陀螺仪、加速度计输出归一化

设定陀螺仪G₁、G₂、G₃，加速度计A₁、A₂、A₃输出的量纲均为LSB/s；

在标定之前,将陀螺仪的输出量纲转化为°/s,加速度计的输出量纲转化g；

陀螺仪、加速度计的输出归一化公式如下：

式中：

——陀螺仪G₁、G₂、G₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃零位，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃标度因数，单位：(LSB/s)/(°/s)；

N_gx1、N_g2、N_g3——陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出，单位：°/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃零位，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃标度因数，单位：(LSB/s)/g；

N_a1、N_a2、N_a3——加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出，单位：g；

归一化处理之后，陀螺仪G₁、G₂、G₃加速度计A₁、A₂、A₃输出仍然是非正交的；

三、陀螺仪、加速度计输出正交化

(3.1)对陀螺仪输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-G₁G₂G₃之间的转换矩阵：

式中：

O-N_g1N_g2N_g3——步骤二中得到的陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出；

O-N_gxN_gyN_gz——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟陀螺坐标系；

经过如上公式，非正交的陀螺坐标系O-G₁G₂G₃通过转换矩阵T_g转化到成正交的虚拟陀螺坐标系O-N_gxN_gyN_gz；

(3.2)对加速度计输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-A₁A₂A₃之间的转换矩阵：

式中：

O-N_a1N_a2N_a3——步骤二中得到的加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出；

O-N_axN_ayN_az——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟的加速度计坐标系；

经过如上公式，非正交的加速度计坐标系O-A₁A₂A₃通过转换矩阵Ta转化到成正交的虚拟加速度计坐标系O-N_axN_ayN_az；

四、确定惯导***数学模型

归一正交化后，惯导***数学模型如下：

式中：

N_gx,N_gy,N_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的输出；

D_fx,D_fy,D_fz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的常值漂移；

S_gx,S_gy,S_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的标度因数；

K_gij——i轴方向对j陀螺仪的安装误差系数；

D_ix——X轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_iy——X轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_iz——X轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_ox——Y轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_oy——Y轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_oz——Y轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_sx——Z轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_sy——Z轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_sz——Z轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

式中：

N_ax,N_ay,N_az——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的脉冲输出；

K_ax0,K_ay0,K_az0——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的偏值；

K_aij——i轴对j加速度计通道的安装误差系数；

K_a1x,K_a1y,K_a1z——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的标度因数。

进一步的，如上所述的一种斜置构型惯导***标定方法，其中：α为54.73°，β为35.27°。

本发明技术方案的有益效果在于，通过采用归一正交化的方法，把斜置的陀螺、加速度计敏感轴通过方向余弦矩阵转换到弹体轴上，使得虚拟的陀螺坐标系、加速度计坐标系与真实的弹体系重合，从而法解决了敏感轴斜置的惯导***的参数辨识问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

一种斜置构型惯导***标定方法，具体包括以下步骤：

一、对惯导***陀螺仪、加速度计进行配置

设置惯导***三个非正交的陀螺仪分别为G₁、G₂、G₃，三个正交的弹体轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；陀螺仪的三个输入轴OG₁、OG₂、OG₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴的夹角为α的圆锥面上，相邻的陀螺仪的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OG₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

三个非正交的加速度计分别为A₁、A₂、A₃，加速度计的三个输入轴OA₁、OA₂、OA₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴夹角为β的圆锥面上，相邻的加速度计的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OA₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

其中，α+β＝90°；

二、分别对陀螺仪、加速度计输出归一化

设定陀螺仪G₁、G₂、G₃，加速度计A₁、A₂、A₃输出的量纲均为LSB/s；

在标定之前,将陀螺仪的输出量纲转化为°/s,加速度计的输出量纲转化g；

陀螺仪、加速度计的输出归一化公式如下：

式中：

——陀螺仪G₁、G₂、G₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃零位，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃标度因数，单位：(LSB/s)/(°/s)；

N_gx1、N_g2、N_g3——陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出，单位：°/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃零位，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃标度因数，单位：(LSB/s)/g；

N_a1、N_a2、N_a3——加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出，单位：g；

归一化处理之后，陀螺仪G₁、G₂、G₃加速度计A₁、A₂、A₃输出仍然是非正交的；

三、陀螺仪、加速度计输出正交化

(3.1)对陀螺仪输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-G₁G₂G₃之间的转换矩阵：

式中：

O-N_g1N_g2N_g3——步骤二中得到的陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出；

O-N_gxN_gyN_gz——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟陀螺坐标系；

经过如上公式，非正交的陀螺坐标系O-G₁G₂G₃通过转换矩阵T_g转化到成正交的虚拟陀螺坐标系O-N_gxN_gyN_gz；

(3.2)对加速度计输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-A₁A₂A₃之间的转换矩阵：

式中：

O-N_a1N_a2N_a3——步骤二中得到的加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出；

O-N_axN_ayN_az——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟的加速度计坐标系；

经过如上公式，非正交的加速度计坐标系O-A₁A₂A₃通过转换矩阵Ta转化到成正交的虚拟加速度计坐标系O-N_axN_ayN_az；

四、确定惯导***数学模型

归一正交化后，惯导***数学模型如下：

式中：

N_gx,N_gy,N_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的输出；

D_fx,D_fy,D_fz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的常值漂移；

S_gx,S_gy,S_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的标度因数；

K_gij——i轴方向对j陀螺仪的安装误差系数；

D_ix——X轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_iy——X轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_iz——X轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_ox——Y轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_oy——Y轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_oz——Y轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_sx——Z轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_sy——Z轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_sz——Z轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

式中：

N_ax,N_ay,N_az——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的脉冲输出；

K_ax0,K_ay0,K_az0——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的偏值；

K_aij——i轴对j加速度计通道的安装误差系数；

K_a1x,K_a1y,K_a1z——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的标度因数。

Claims (2)

1.一种斜置构型惯导***标定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)对惯导***陀螺仪、加速度计进行配置

设置惯导***三个非正交的陀螺仪分别为G₁、G₂、G₃，三个正交的弹体轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；陀螺仪的三个输入轴OG₁、OG₂、OG₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴的夹角为α的圆锥面上，相邻的陀螺仪的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OG₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

三个非正交的加速度计分别为A₁、A₂、A₃，加速度计的三个输入轴OA₁、OA₂、OA₃均匀分布在以+OY_b为中心，与+OY_b轴夹角为β的圆锥面上，相邻的加速度计的两个输入轴在OX_bZ_b平面内的投影夹角为120°，其中，OA₁在OX_bZ_b平面内的投影与+OX_b重合；

其中，α+β＝90°；

(2)分别对陀螺仪、加速度计输出归一化

设定陀螺仪G₁、G₂、G₃，加速度计A₁、A₂、A₃输出的量纲均为LSB/s；

在标定之前,将陀螺仪的输出量纲转化为°/s,加速度计的输出量纲转化为g；

陀螺仪、加速度计的输出归一化公式如下：

式中：

——陀螺仪G₁、G₂、G₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃零位，单位：LSB/s；

——陀螺仪G₁、G₂、G₃标度因数，单位：(LSB/s)/(°/s)；

N_gx1、N_g2、N_g3——陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出，单位：°/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃原始输出脉冲数，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃零位，单位：LSB/s；

——加速度计A₁、A₂、A₃标度因数，单位：(LSB/s)/g；

N_a1、N_a2、N_a3——加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出，单位：g；

归一化处理之后，陀螺仪G₁、G₂、G₃加速度计A₁、A₂、A₃输出仍然是非正交的；

(3)陀螺仪、加速度计输出正交化

(3.1)对陀螺仪输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-G₁G₂G₃之间的转换矩阵：

式中：

N_g1N_g2N_g3——步骤(2)中得到的陀螺仪G₁、G₂、G₃归一化后输出；

O-N_gxN_gyN_gz——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟陀螺坐标系；

经过如上公式，非正交的陀螺坐标系O-G₁G₂G₃通过转换矩阵T_g转化到成正交的虚拟陀螺坐标系O-N_gxN_gyN_gz；

(3.2)对加速度计输出正交化

确定O-X_bY_bZ_b与O-A₁A₂A₃之间的转换矩阵：

式中：

N_a1N_a2N_a3——步骤(2)中得到的加速度计A₁、A₂、A₃归一化后输出；

O-N_axN_ayN_az——与弹体系O-X_bY_bZ_b重合的、虚拟的加速度计坐标系；

经过如上公式，非正交的加速度计坐标系O-A₁A₂A₃通过转换矩阵T_a转化到成正交的虚拟加速度计坐标系O-N_axN_ayN_az；

(4)确定惯导***数学模型

归一正交化后，惯导***数学模型如下：

式中：

N_gx,N_gy,N_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的输出；

D_fx,D_fy,D_fz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的常值漂移；

S_gx,S_gy,S_gz——陀螺通道在虚拟陀螺坐标系中各坐标轴上的标度因数；

K_gij——i轴方向对j陀螺仪的安装误差系数；

D_ix——X轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_iy——X轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_iz——X轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_ox——Y轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_oy——Y轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_oz——Y轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

D_sx——Z轴向线运动对X轴上陀螺输出的影响；

D_sy——Z轴向线运动对Y轴上陀螺输出的影响；

D_sz——Z轴向线运动对Z轴上陀螺输出的影响；

式中：

N_ax,N_ay,N_az——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的脉冲输出；

K_aox,K_aoy,K_aoz——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的偏值；

K_aij——i轴对j加速度计通道的安装误差系数；

K_a1x,K_a1y,K_a1z——加速度计通道在虚拟的加速度计坐标系各坐标轴上的标度因数。

2.如权利要求1所述的一种斜置构型惯导***标定方法，其特征在于，步骤(1)中：α为54.73°，β为35.27°。