CN108458725A - 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 - Google Patents
捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108458725A CN108458725A CN201711143884.6A CN201711143884A CN108458725A CN 108458725 A CN108458725 A CN 108458725A CN 201711143884 A CN201711143884 A CN 201711143884A CN 108458725 A CN108458725 A CN 108458725A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inertial navigation
- axis
- error
- systems
- calibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
- G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明公开了一种捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其中,包括:第一步,建立惯导标定补偿模型;第二步,建立惯导标定补偿误差模型;第三步,标定转序编排与数据采集;第四步,进行标定误差解算及修正;标定解算过程包括:a)定义标定地点的东北天坐标系为导航坐标系;b)在翻转过程时间内,进行姿态更新;c)在翻转后的第二个位置的T1时间内进行开环导航姿态、位置、速度解算;d)计算相关矩阵和误差参数;e)采用a)~d)的计算方法,得到第2次至第18次的翻转数据;f)计算标定补偿误差参数;h)迭代计算,得到捷联惯导***晃动基座上的***级标定结果。本发明基于最小二乘辨识方法的缺点,无基准条件下,实现惯导在不同初始姿态、不同转序下的高精度标定。
Description
技术领域
本发明涉及惯导技术领域,特别涉及一种捷联惯导***晃动基座 上的***级标定方法。
背景技术
捷联惯导***(以下简称惯导)的***级标定主要有两种技术方 案:(1)基于kalman滤波的***级标定方案;(2)基于最小二乘辨识 的***级标定方案。
基于kalman滤波的***级标定方法是建立惯导***的误差方程, 将惯导的补偿参数的误差列为被估计状态,通过建立相应维数状态方 程和观测方程,并辅以适当的转台操作,利用kalman滤波器对惯导补 偿参数的误差进行估计和修正,进而实现惯导的***级标定。
基于kalman滤波的***级标定方法存在一些缺点:(1)该方法适 用于高精度惯导(陀螺零偏稳定性优于0.1°/h),对中等精度惯导效 果不好;(2)只能在转台上实现,不能采用手工翻动,且对转台转轴 相交度要求较高;(3)该方法可观测性分析复杂,对标定过程中的转 序编排有难度;(4)标定过程的转动中产生的内杆臂效应、外杆臂效 应、陀螺及加速度计数据的不同步性造成的误差会严重影响标定精 度。
而基于最小二乘辨识***级标定方法需要建立惯导标定补偿模 型和惯导误差方程,通过观测加速度计输出的比力、导航速度或位置 误差等与待标定参数的关系,来建立辨识方程组,再利用最小二乘法 完成误差参数的辨识。
目前基于最小二乘辨识***级标定方法可克服kalman滤波标定 方法的缺点:(1)适用于中等精度惯导的标定(陀螺零偏稳定性优于 0.5°/h);(2)可用双轴低精度转台,且对转台转轴相交度无要求, 也可将惯导安装在低精度工装上,采用手工翻转方式实现标定;(3) 转序编排相对简单直观;(4)标定过程中的转动中产生内杆臂效应、 外杆臂效应、陀螺及加速度计数据不同步性不影响标定精度。
基于以上原因,基于最小二乘辨识的***级标定方法也在广泛使 用。
但是目前的基于最小二乘辨识的***级标定在应用中需满足三 个要求:(1)标定过程中,惯导除翻转时,其它时间需处于静止状态; (2)需要水平和北向方位基准误差在3°以内;(3)惯导初始姿态以 及转动顺序固化,不能更改,否则无法实现标定。
对于这三个要求,在实际应用中较为苛刻,较难完全达到。
例如,对于第一个条件,当惯导安装到如车、船、飞机等载体上 进行***级标定时,常常会受到阵风、发动机振动、浪涌、人员走动 等影响,使载体有角晃动,进而导致惯导在非翻转时间内,也经常处 于有角晃动的状态,因此严重影响标定精度,甚至导致标定失败。
对于第二个条件,载体的停放姿态一般受载体所处环境影响,不 能一定保证水平和北向方位基准误差在3°以内,因此,这一条件在 实际应用中也很难满足。
对于第三个条件,对惯导的初始姿态和转动顺序要求较为僵化, 导致在某些条件下,不能按照规定相应要求进行操作,最终无法完成 标定。
由于现有的基于最小二乘辨识的***级标定方法的这些要求,在 实际应用中多数条件下较难满足,这样便限制了该标定方法的应用范 围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种捷联惯导***晃动基座上的***级 标定方法,用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其中, 包括:第一步,建立惯导标定补偿模型,包括:
首先定义惯性坐标系为i系,定义惯导坐标系为b系,惯导的三 个敏感轴分别为X轴、Y轴和Z轴,且X、Y和Z轴相互垂直正交, 惯导有三个陀螺仪分别为X陀螺仪、Y陀螺仪和Z陀螺仪,三个加速 度计分别为X加速度计、Y加速度计和Z加速度计,且X陀螺仪和X 加速度计与b系的X轴重合,Y陀螺仪和Y加速度计与b系的Y轴重 合,Z陀螺仪和Z加速度计与b系的Z轴重合;
惯导在b系的标定补偿模型为:
角速度通道:
加速度通道:
fb=KaNa-▽;
其中,上标b表示相关参数在b系上的投影,为陀螺仪输出的 b系相对i系的转动角速度,fb为加速度计输出的比力, Ng=[Ngx Ngy Ngz]T,Ngx为X陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量, Ngy为Y陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量,Ngz为Z陀螺仪单位时 间内输出的原始脉冲量,Na=[Nax Nay Naz]T,Nax为X加速度计输出 的原始脉冲量、Nay为Y加速度计输出的原始脉冲量,Naz为Z加速度 计输出的原始脉冲量,Kg为角速度通道补偿矩阵,ε=[εx εyεz]T, εx为X陀螺常值漂移,εy为Y陀螺常值漂移,εz为Z陀螺常值漂移, Ka为加速度通道补偿矩阵, 为X加速度计常值 偏置,为Y加速度计常值偏置,为Z加速度计常值偏置;
第二步,建立惯导标定补偿误差模型,包括:
当惯导标定参数不够准确时,解算的角速度和比力fb也会有 误差,误差模型为:
其中,δKgx为X陀螺的标度因数误差,δKgy为Y陀螺的标度因数 误差,δKgz为Z陀螺的标度因数误差,Egxy为X陀螺仪与惯导Y轴的 安装误差,Egxz为X陀螺仪与惯导Z轴的安装误差,Egyx为Y陀螺仪与 惯导X轴的安装误差,Egyz为Y陀螺仪与惯导Z轴的安装误差,Egzx为 Z陀螺仪与惯导X的安装误差、Egzy为Z陀螺仪与惯导Y轴的安装误 差,为陀螺仪输出角速度误差,为惯导X轴向输入的真实角速 度,为惯导Y轴向输入的真实角速度,为惯导Z轴向输入的真 实角速度,δεx为X陀螺仪的残余常值零偏、δεy为Y陀螺仪的残余常 值零偏,δεz为X陀螺仪的残余常值零偏,δfb为加速度计输出比力误 差,为惯导X轴向输入的真实比力,为惯导Y轴向输入的真实 比力,为惯导Z轴向输入的真实比力,δKax为X陀螺标度因数误差, δKay为Y陀螺的标度因数误差,δKaz为Z陀螺的标度因数误差,Eayx为Y轴加速度计与惯导X轴的安装误差,Eazx为Z轴加速度计与惯导X 的安装误差,Eazy为Z轴加速度计与惯导Y轴的安装误差,为X 轴加速度计的残余常值偏置,为Y轴加速度计的残余常值偏置, 为Z轴加速度计的残余常值偏置;
第三步,标定转序编排与数据采集,包括:
惯导的***级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略,在 第一个位置静止T1时间,然后在T2时间内完成第一次翻转,然后在第 二个位置再静止T1时间,然后再在T2时间内完成第二次翻转,以此类 推,共翻转18次,在19个位置保持静止;
然后将整个标定过程的惯导输出的原始数据采集;
第四步,进行标定误差解算及修正,包括:
假设惯导***经过粗略标定,初始标定参数分别为Kg0,ε0,Ka0, 输出的带有误差的角速度和比力分别为即
***级标定采用静止-翻转-静止的转动策略,相应的解算过程 为,前一静止过程进行初始对准,翻转过程进行姿态更新,后一静止 位置进行导航解算求得导航误差及相关参数;
标定解算过程包括:
a)定义标定地点的东北天坐标系为导航坐标系,用n表示;
利用第一个位置T1时间内输出的和进行初始对准,采用 kalman滤波或者罗经对准方法进行初始对准;
记在T1时间时,初始对准得到b系相对n系的姿态矩阵为
b)在翻转过程T2时间内,进行姿态更新,b系相对n系的姿态矩 阵更新公式如下:
其中,
记姿态更新后的姿态矩阵为为b系相对n系的转动角速 度在b系x轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系y 轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影, 为b系相对n系的转动角速度在b系上的投影;
c)在翻转后的第二个位置的T1时间内进行开环导航姿态、位置、 速度解算,包括:
其中,为惯导开环解算的三维速度,vE为东向速 度,vN为北向速度,vU为天向速度,为惯导开环解 算的三维位置,pE为东向位置,pN为东向位置,pU为天向位置, gn=[0 0 -g0]T,g0为当地重力加速度,为已知量,解上述方程得到P1;
d)计算相关矩阵和误差参数,包括:
首先定义有关矩阵相关元素的表示方法:假设A为一n行m列的 矩阵,则A(i,:)表示矩阵A的第i行元素,A(:,j)表示矩阵A的第j列元 素,A(i1:i2,:)表示矩阵A的第i1行到第i2行元素,A(:,j1:j2)矩阵A的第j1列到第j2列元素,A=[0]i×j表示A为一i行j列的全零矩阵;
定义一个3行12列矩阵HI1,且令:
定义一个3行9列的矩阵Hg,且令:
定义一个3行12列矩阵HI2:
定义一个3行12列矩阵HI3,且令:
定义一个3行21列矩阵H1,且令,
H1(:,1:9)=[HI3(:,1:4) HI3(:,7:8) HI3(:,10:12)];
H1(3,10:21)=[0]1×12;
再令,
Z1=P1;
e)采用a)~d)的计算方法,第2次至第18次的翻转数据:H2、 Z2····H18、Z18,则得以下矩阵:
f)计算标定补偿误差参数,包括:
利用下式求得误差参数:
X=(HTH)-1HTZ;
其中,
g)标定补偿参数的修正,包括:
再利用得到的参数对陀螺和加速度计标定补偿参数进行修正,如 下式所示
Kg1=(I3×3-DKg)Kg0
ε1=ε0+δε
Ka1=(I3×3-DKa)Ka0
其中,
h)迭代计算,包括:
采用迭代的方法,利用Kg1、ε1、Ka1和对Ng和Na进行补偿, 再对采得的原始数据按照a)~g)计算方法,求得Kg2、ε2、Ka2和依次循环计算,直到δε<0.0001°/h时,判定标定已经收敛,标定解算 过程结束。
根据的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法的一实施例, 其中,第三步中标定转序编排与数据采集的条件包括:惯导初始姿态: 无要求,但是如惯导安装在转台上,则需要转台平面与水平面夹角小 于10°,如惯导在大理石平台上或地面手动翻转,则需要大理石平 台与水平面夹角小于10°。
根据的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法的一实施例, 其中,T1的值要在100s以上,T2的范围大于10s小于20s。
根据的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法的一实施例, 其中,翻转顺序包括:将惯导的3个敏感轴沿水平方向正向翻转90°, 每个敏感轴翻转3次,再反向翻转90°,每个敏感轴翻转3次,误 差在3°以内,共进行18次翻转。
本发明针对目前基于最小二乘辨识方法的缺点,设计了一种可在 晃动基座上进行,且无基准要求,对惯导初始姿态无要求、对标定过 程中转序要求较低的***级标定方法。捷联惯导***晃动基座上的系 统级标定方法可在晃动基座上,无基准条件下,实现惯导在不同初始 姿态、不同转序下的高精度标定。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合实施例, 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
第一步,建立惯导标定补偿模型
首先定义惯性坐标系为i系,定义惯导坐标系为b系,惯导的三个 敏感轴分别为X轴、Y轴、Z轴,且X、Y、Z轴相互垂直正交。惯导 有三个陀螺仪和三个加速度计,分别为X陀螺仪、Y陀螺仪、Z陀螺 仪和X加速度计、Y加速度计、Z加速度计,且X陀螺仪和X加速度 计与b系的X轴重合,Y陀螺仪和Y加速度计与b系的Y轴重合,Z陀 螺仪和Z加速度计与b系的Z轴重合。
惯导在b系的标定补偿模型为
角速度通道
加速度通道
其中,上标b表示相关参数在b系上的投影,为陀螺仪输出的b系 相对i系的转动角速度,fb为加速度计输出的比力,Ng=[Ngx Ngy Ngz]T,Ngx、Ngy、Ngz分别为X、Y、Z陀螺仪单位时间 内输出的原始脉冲量,Na=[Nax Nay Naz]T,Nax、Nay、Naz分别为X、 Y、Z加速度计输出的原始脉冲量,Kg为角速度通道补偿矩阵, ε=[εx εy εz]T,εx、εy、εz分别为X、Y、Z陀螺常值漂移,Ka为加 速度通道补偿矩阵, 分别为X、Y、Z 加速度计常值偏置。
惯导标定的目的就是求得精确的Kg,ε,Ka,从而利用上式 实现对陀螺仪和加速度计输出的原始脉冲数进行补偿,得到真实的角 速度和比力fb。
第二步,建立惯导标定补偿误差模型
当惯导标定参数不够准确时,解算的角速度和比力fb也会有误 差,其误差模型为
其中,δKgx,δKgy,δKgz为分别为X陀螺、Y陀螺、Z陀螺的标度因 数误差,Egxy,Egxz为X陀螺仪与惯导Y轴、Z轴的安装误差,Egyx、Egyz为Y陀螺仪与惯导X、Z轴的安装误差,Egzx、Egzy为Z陀螺仪与惯导 X、Y轴的安装误差,为陀螺仪输出角速度误差,为惯导X轴 向输入的真实角速度,为惯导Y轴向输入的真实角速度,为惯 导Z轴向输入的真实角速度,δεx、δεy、δεz为X、Y、Z陀螺仪的残余 常值零偏,δfb为加速度计输出比力误差,为惯导X轴向输入的真 实比力,为惯导Y轴向输入的真实比力,为惯导Z轴向输入的 真实比力,δKax,δKay,δKaz为分别为X陀螺、Y陀螺、Z陀螺的标 度因数误差,Eayx为Y轴加速度计与惯导X轴的安装误差,Eazx、Eazy为 Z轴加速度计与惯导X、Y轴的安装误差,分别为X、Y、 Z轴加速度计的残余常值偏置。
第三步,标定转序编排与数据采集
惯导初始姿态:无要求,但是如惯导安装在转台上,则需要转台 平面与水平面夹角小于10°,如惯导在大理石平台上或地面手动翻 转,则需要大理石平台与水平面夹角小于10°。
惯导的***级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略,在 第一个位置静止T1时间,然后在T2时间内完成第一次翻转,然后在第 二个位置再静止T1时间,然后再在T2时间内完成第二次翻转,以此类 推,共翻转18次,在19个位置保持静止。一般T1要在100s以上,T2在10s以上,20s以内。
翻转顺序:只需将惯导的3个敏感轴沿水平方向正向翻转90°(每 个敏感轴翻转3次),再反向翻转90°(每个敏感轴翻转3次),(不 必是严格的90°,误差在3°以内即可),因此共进行18次翻转即可, 具体翻转顺序可根据实际情况进行编排,大大提升了***级标定转序 编排的灵活性。示例:假设惯导水平放置在转台上,X、Y轴在水平 面上(当然不是严格在水平面上,与水平面误差在10°以内即可), 则一种18次翻转顺序编排如下:1)绕X轴旋转90°;2)绕X轴旋 转90°;3)绕X轴旋转90°;4)绕X轴旋转-90°;5)绕X轴旋 转-90°;6)绕X轴旋转-90°;7)绕Y轴旋转90°;8)绕Z轴旋 转90°;9)绕Z轴旋转90°;10)绕Z轴旋转90°;11)绕Z轴旋转-90°;12)绕Z轴旋转-90°;13)绕Z轴旋转-90°;14)绕 Y轴旋转90°;15)绕Y轴旋转90°;16)绕Y轴旋转-90°;17) 绕Y轴旋转-90°;18)绕Y轴旋转-90°。
然后将整个标定过程的惯导输出的原始数据采集到计算机上,以 便于离线解算。
第四步,标定误差解算及修正
假设惯导***经过粗略标定,初始标定参数分别为Kg0,ε0,Ka0, 输出的带有误差的角速度和比力分别为即
***级标定采用静止-翻转-静止的转动策略,相应的解算过程为, 前一静止过程进行初始对准,翻转过程进行姿态更新,后一静止位置 进行导航解算求得导航误差及相关参数。
标定解算过程如下:
a)定义标定地点的东北天坐标系为导航坐标系,用n表示。
利用第一个位置T1时间内输出的进行初始对准,由于惯导 有角运动,因此不宜采用解析粗对准的方法进行初始对准,这里采用 kalman滤波或者罗经对准方法进行初始对准,kalman滤波或罗经对 准方法较为成熟,这里不做介绍。
记在T1时间时,初始对准得到b系相对n系的姿态矩阵为
b)在翻转过程T2时间内,进行姿态更新,b系相对n系的姿态矩 阵更新公式如下:
其中,记姿态更新后的姿态矩阵为为b系相对n系的转动角速度在 b系x轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系y轴上 的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系上的投影。
c)在翻转后的第二个位置的T1时间内进行开环导航姿态、位置、 速度解算,具体公式如下
其中,为惯导开环解算的三维速度,vE为东向速度, vN为北向速度,vU为天向速度,为惯导开环解算的 三维位置,pE为东向位置,pN为东向位置,pU为天向位置, gn=[0 0 -g0]T,g0为当地重力加速度,为已知量,解上述方程得到 P1。
d)计算相关矩阵和误差参数
首先定义有关矩阵相关元素的表示方法:假设A为一n行m列的矩 阵,则A(i,:)表示矩阵A的第i行元素,A(:,j)表示矩阵A的第j列元素, A(i1:i2,:)表示矩阵A的第i1行到第i2行元素,A(:,j1:j2)矩阵A的第j1列到 第j2列元素,A=[0]i×j表示A为一i行j列的全零矩阵。
定义一个3行12列矩阵HI1,且令
定义一个3行9列的矩阵Hg,且令
定义一个3行12列矩阵HI2
定义一个3行12列矩阵HI3,且令
定义一个3行21列矩阵H1,且令
H1(:,1:9)=[HI3(:,1:4)HI3(:,7:8)HI3(:,10:12)]
H1(3,10:21)=[0]1×12
再令
Z1=P1
e)根据第2次至第18次的翻转数据,采用a)~d)的计算方法, 依次求取H2、Z2····H18、Z18,则可得以下矩阵
f)计算标定补偿误差参数
利用下式求得误差参数
X=(HTH)-1HTZ
其中,
g)标定补偿参数的修正
再利用得到的参数对陀螺和加速度计标定补偿参数进行修正,如 下式所示
Kg1=(I3×3-DKg)Kg0
ε1=ε0+δε
Ka1=(I3×3-DKa)Ka0
其中,
h)迭代计算
一般来说,经过一次的计算和修正,对惯导标定补偿参数的修正 效果不会很好,因此可采用迭代的方法,即利用Kg1、ε1、Ka1、对 Ng、Na进行补偿,再对采得的原始数据按照a)~g)计算方法,求 得Kg2、ε2、Ka2、依次循环计算,直到δε<0.0001°/h时,判定标 定已经收敛,标定解算过程结束。
本发明捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,在初始对准 阶段采用kalman滤波或罗经对准,在翻转后的导航解算阶段采用开 环导航解算,使***级标定能在晃动基座上进行;(2)利用惯导解算 的姿态矩阵来近似惯导的真实姿态矩阵,利用陀螺输出的角速度积分 来近似惯导的转动角度,使标定方法能自动近似计算出惯导姿态和转 动角度,从而使本发明对初始姿态、水平和北向方位基准不再有要求, 对转序要求也大大降低。
本发明捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,该方法具有 以下优点:
(1)可在晃动基座上进行***级标定,大大提高了标定方法的应 用范围,降低了对使用环境的要求;
(2)对惯导的初始姿态无要求;
(3)标定过程中无水平和北向方位基准要求,仅对惯导的安装面 与水平面夹角有要求小于10°;
(4)对转序要求不严格,只需将惯导的3个敏感轴沿水平方向正 向翻转90°(每个敏感轴翻转3次),再反向翻转90°(每个敏感轴 翻转3次),共进行18次翻转即可。因此翻转顺序可根据实际情况进 行编排,大大提升了***级标定转序编排的灵活性,摆脱了现有*** 级标定方法对转序的严格要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领 域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以 做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其特征在于,包括:
第一步,建立惯导标定补偿模型,包括:
首先定义惯性坐标系为i系,定义惯导坐标系为b系,惯导的三个敏感轴分别为X轴、Y轴和Z轴,且X、Y和Z轴相互垂直正交,惯导有三个陀螺仪分别为X陀螺仪、Y陀螺仪和Z陀螺仪,三个加速度计分别为X加速度计、Y加速度计和Z加速度计,且X陀螺仪和X加速度计与b系的X轴重合,Y陀螺仪和Y加速度计与b系的Y轴重合,Z陀螺仪和Z加速度计与b系的Z轴重合;
惯导在b系的标定补偿模型为:
角速度通道:
加速度通道:
其中,上标b表示相关参数在b系上的投影,为陀螺仪输出的b系相对i系的转动角速度,fb为加速度计输出的比力,Ng=[Ngx Ngy Ngz]T,Ngx为X陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量,Ngy为Y陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量,Ngz为Z陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量,Na=[Nax Nay Naz]T,Nax为X加速度计输出的原始脉冲量、Nay为Y加速度计输出的原始脉冲量,Naz为Z加速度计输出的原始脉冲量,Kg为角速度通道补偿矩阵,ε=[εx εy εz]T,εx为X陀螺常值漂移,εy为Y陀螺常值漂移,εz为Z陀螺常值漂移,Ka为加速度通道补偿矩阵, 为X加速度计常值偏置,为Y加速度计常值偏置,为Z加速度计常值偏置;
第二步,建立惯导标定补偿误差模型,包括:
当惯导标定参数不够准确时,解算的角速度和比力fb也会有误差,误差模型为:
其中,δKgx为X陀螺的标度因数误差,δKgy为Y陀螺的标度因数误差,δKgz为Z陀螺的标度因数误差,Egxy为X陀螺仪与惯导Y轴的安装误差,Egxz为X陀螺仪与惯导Z轴的安装误差,Egyx为Y陀螺仪与惯导X轴的安装误差,Egyz为Y陀螺仪与惯导Z轴的安装误差,Egzx为Z陀螺仪与惯导X的安装误差、Egzy为Z陀螺仪与惯导Y轴的安装误差,为陀螺仪输出角速度误差,为惯导X轴向输入的真实角速度,为惯导Y轴向输入的真实角速度,为惯导Z轴向输入的真实角速度,δεx为X陀螺仪的残余常值零偏、δεy为Y陀螺仪的残余常值零偏,δεz为X陀螺仪的残余常值零偏,δfb为加速度计输出比力误差,为惯导X轴向输入的真实比力,为惯导Y轴向输入的真实比力,为惯导Z轴向输入的真实比力,δKax为X陀螺标度因数误差,δKay为Y陀螺的标度因数误差,δKaz为Z陀螺的标度因数误差,Eayx为Y轴加速度计与惯导X轴的安装误差,Eazx为Z轴加速度计与惯导X的安装误差,Eazy为Z轴加速度计与惯导Y轴的安装误差,为X轴加速度计的残余常值偏置,为Y轴加速度计的残余常值偏置,为Z轴加速度计的残余常值偏置;
第三步,标定转序编排与数据采集,包括:
惯导的***级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略,在第一个位置静止T1时间,然后在T2时间内完成第一次翻转,然后在第二个位置再静止T1时间,然后再在T2时间内完成第二次翻转,以此类推,共翻转18次,在19个位置保持静止;
然后将整个标定过程的惯导输出的原始数据采集;
第四步,进行标定误差解算及修正,包括:
假设惯导***经过粗略标定,初始标定参数分别为Kg0,ε0,Ka0,输出的带有误差的角速度和比力分别为即
***级标定采用静止-翻转-静止的转动策略,相应的解算过程为,前一静止过程进行初始对准,翻转过程进行姿态更新,后一静止位置进行导航解算求得导航误差及相关参数;
标定解算过程包括:
a)定义标定地点的东北天坐标系为导航坐标系,用n表示;
利用第一个位置T1时间内输出的和进行初始对准,采用kalman滤波或者罗经对准方法进行初始对准;
记在T1时间时,初始对准得到b系相对n系的姿态矩阵为
b)在翻转过程T2时间内,进行姿态更新,b系相对n系的姿态矩阵更新公式如下:
其中,
记姿态更新后的姿态矩阵为 为b系相对n系的转动角速度在b系x轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系y轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影,为b系相对n系的转动角速度在b系上的投影;
c)在翻转后的第二个位置的T1时间内进行开环导航姿态、位置、速度解算,包括:
其中,为惯导开环解算的三维速度,vE为东向速度,vN为北向速度,vU为天向速度,为惯导开环解算的三维位置,pE为东向位置,pN为东向位置,pU为天向位置,gn=[0 0 -g0]T,g0为当地重力加速度,为已知量,解上述方程得到P1;
d)计算相关矩阵和误差参数,包括:
首先定义有关矩阵相关元素的表示方法:假设A为一n行m列的矩阵,则A(i,:)表示矩阵A的第i行元素,A(:,j)表示矩阵A的第j列元素,A(i1:i2,:)表示矩阵A的第i1行到第i2行元素,A(:,j1:j2)矩阵A的第j1列到第j2列元素,A=[0]i×j表示A为一i行j列的全零矩阵;
定义一个3行12列矩阵HI1,且令:
定义一个3行9列的矩阵Hg,且令:
定义一个3行12列矩阵HI2:
定义一个3行12列矩阵HI3,且令:
定义一个3行21列矩阵H1,且令,
H1(:,1:9)=[HI3(:,1:4)HI3(:,7:8)HI3(:,10:12)];
H1(3,10:21)=[0]1×12;
再令,
Z1=P1;
e)采用a)~d)的计算方法,得到第2次至第18次的翻转数据:H2、Z2····H18、Z18,则得以下矩阵:
f)计算标定补偿误差参数,包括:
利用下式求得误差参数:
X=(HTH)-1HTZ;
其中,
g)标定补偿参数的修正,包括:
再利用得到的参数对陀螺和加速度计标定补偿参数进行修正,如下式所示
Kg1=(I3×3-DKg)Kg0
ε1=ε0+δε
Ka1=(I3×3-DKa)Ka0
其中,
h)迭代计算,包括:
采用迭代的方法,利用Kg1、ε1、Ka1和对Ng和Na进行补偿,再对采得的原始数据按照a)~g)计算方法,求得Kg2、ε2、Ka2和依次循环计算,直到δε<0.0001°/h时,判定标定已经收敛,标定解算过程结束。
2.如权利要求1所述的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其特征在于,第三步中标定转序编排与数据采集的条件包括:
惯导初始姿态:无要求,但是如惯导安装在转台上,则需要转台平面与水平面夹角小于10°,如惯导在大理石平台上或地面手动翻转,则需要大理石平台与水平面夹角小于10°。
3.如权利要求1所述的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其特征在于,T1的值要在100s以上,T2的范围大于10s小于20s。
4.如权利要求1所述的捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法,其特征在于,翻转顺序包括:将惯导的3个敏感轴沿水平方向正向翻转90°,每个敏感轴翻转3次,再反向翻转90°,每个敏感轴翻转3次,误差在3°以内,共进行18次翻转。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711143884.6A CN108458725B (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711143884.6A CN108458725B (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108458725A true CN108458725A (zh) | 2018-08-28 |
CN108458725B CN108458725B (zh) | 2021-08-17 |
Family
ID=63220301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711143884.6A Active CN108458725B (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108458725B (zh) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109631941A (zh) * | 2018-12-09 | 2019-04-16 | 西安航天精密机电研究所 | 一种惯性平台***加速度计安装误差精确标定方法 |
CN109855653A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-07 | 哈尔滨工程大学 | 一种冗余式mems-imu的降噪处理后的标定方法 |
CN110793549A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种惯性测量单元的数据快速离线分析*** |
CN110823255A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-21 | 西安爱生技术集团公司 | 一种基于比力观测无需调平引北的***级自标定方法 |
CN111089606A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-01 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种三自激光惯组关键参数快速自标定方法 |
CN111121817A (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-08 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法 |
CN111238532A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-06-05 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种适用于晃动基座环境的惯性测量单元标定方法 |
CN111561948A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-08-21 | 北京计算机技术及应用研究所 | 四轴冗余捷联惯导的***级标定方法 |
CN111678538A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-18 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 |
CN112344927A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-09 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种小型化mems惯性测量***安装误差补偿方法 |
CN114088118A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-02-25 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114858187A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-05 | 北京海为科技有限公司 | 一种mems惯导***标定方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050114112A1 (en) * | 2003-11-03 | 2005-05-26 | Jochen Rivoir | Using component-level calibration data to reduce system-level test |
CN101701825A (zh) * | 2009-09-28 | 2010-05-05 | 龙兴武 | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航*** |
CN103017787A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-04-03 | 哈尔滨工程大学 | 适用于摇摆晃动基座的初始对准方法 |
CN103245360A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-08-14 | 北京工业大学 | 晃动基座下的舰载机旋转式捷联惯导***自对准方法 |
CN104344837A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于速度观测的冗余惯导***加速度计***级标定方法 |
CN106123921A (zh) * | 2016-07-10 | 2016-11-16 | 北京工业大学 | 动态干扰条件下捷联惯导***的纬度未知自对准方法 |
-
2017
- 2017-11-17 CN CN201711143884.6A patent/CN108458725B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050114112A1 (en) * | 2003-11-03 | 2005-05-26 | Jochen Rivoir | Using component-level calibration data to reduce system-level test |
CN101701825A (zh) * | 2009-09-28 | 2010-05-05 | 龙兴武 | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航*** |
CN103017787A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-04-03 | 哈尔滨工程大学 | 适用于摇摆晃动基座的初始对准方法 |
CN103245360A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-08-14 | 北京工业大学 | 晃动基座下的舰载机旋转式捷联惯导***自对准方法 |
CN104344837A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于速度观测的冗余惯导***加速度计***级标定方法 |
CN106123921A (zh) * | 2016-07-10 | 2016-11-16 | 北京工业大学 | 动态干扰条件下捷联惯导***的纬度未知自对准方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
张秀娟等: "随机游走对罗经方位对准的精度影响分析", 《中国惯性技术学报》 * |
葛磊等: "一种改进的晃动基座上纬度自估计方法", 《导航与控制》 * |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111121817A (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-08 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法 |
CN109631941B (zh) * | 2018-12-09 | 2021-04-09 | 西安航天精密机电研究所 | 一种惯性平台***加速度计安装误差精确标定方法 |
CN109631941A (zh) * | 2018-12-09 | 2019-04-16 | 西安航天精密机电研究所 | 一种惯性平台***加速度计安装误差精确标定方法 |
CN109855653A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-07 | 哈尔滨工程大学 | 一种冗余式mems-imu的降噪处理后的标定方法 |
CN110793549B (zh) * | 2019-11-07 | 2023-11-14 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种惯性测量单元的数据快速离线分析*** |
CN110793549A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种惯性测量单元的数据快速离线分析*** |
CN110823255B (zh) * | 2019-11-25 | 2023-04-14 | 西安爱生技术集团公司 | 一种基于比力观测无需调平引北的***级自标定方法 |
CN110823255A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-21 | 西安爱生技术集团公司 | 一种基于比力观测无需调平引北的***级自标定方法 |
CN111561948A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-08-21 | 北京计算机技术及应用研究所 | 四轴冗余捷联惯导的***级标定方法 |
CN111561948B (zh) * | 2019-12-05 | 2023-07-28 | 北京计算机技术及应用研究所 | 四轴冗余捷联惯导的***级标定方法 |
CN111089606A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-01 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种三自激光惯组关键参数快速自标定方法 |
CN111089606B (zh) * | 2019-12-20 | 2023-11-14 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种三自激光惯组关键参数快速自标定方法 |
CN111238532A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-06-05 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种适用于晃动基座环境的惯性测量单元标定方法 |
CN111238532B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-02-01 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种适用于晃动基座环境的惯性测量单元标定方法 |
CN111678538B (zh) * | 2020-07-29 | 2023-06-09 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 |
CN111678538A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-18 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 |
CN112344927B (zh) * | 2020-10-19 | 2023-08-15 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种小型化mems惯性测量***安装误差补偿方法 |
CN112344927A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-09 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种小型化mems惯性测量***安装误差补偿方法 |
CN114088118A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-02-25 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114088118B (zh) * | 2021-12-08 | 2024-04-05 | 北京理工大学 | 一种正反转法mems陀螺仪标定补偿方法 |
CN114858187A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-05 | 北京海为科技有限公司 | 一种mems惯导***标定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108458725B (zh) | 2021-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108458725A (zh) | 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 | |
CN108318052B (zh) | 一种基于双轴连续旋转的混合式平台惯导***标定方法 | |
CN111678538B (zh) | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 | |
CN103575299B (zh) | 利用外观测信息的双轴旋转惯导***对准及误差修正方法 | |
CN104736963B (zh) | 测绘***和方法 | |
CN108132060A (zh) | 一种捷联惯导***无基准的***级标定方法 | |
CN105973271B (zh) | 一种混合式惯导***自标定方法 | |
CN103245359B (zh) | 一种惯性导航***中惯性传感器固定误差实时标定方法 | |
CN100541132C (zh) | 大失准角下船用光纤陀螺捷联航姿***系泊精对准方法 | |
CN109974697A (zh) | 一种基于惯性***的高精度测绘方法 | |
CN107270893A (zh) | 面向不动产测量的杆臂、时间不同步误差估计与补偿方法 | |
CN109870173A (zh) | 一种基于校验点的海底管道惯性导航***的轨迹修正方法 | |
CN105352527B (zh) | 一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法 | |
CN101571394A (zh) | 基于旋转机构的光纤捷联惯性导航***初始姿态确定方法 | |
CN103245360A (zh) | 晃动基座下的舰载机旋转式捷联惯导***自对准方法 | |
CN101290229A (zh) | 硅微航姿***惯性/地磁组合方法 | |
CN101246023A (zh) | 微机械陀螺惯性测量组件的闭环标定方法 | |
CN106969783A (zh) | 一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术 | |
CN110243377B (zh) | 一种基于分层式结构的集群飞行器协同导航方法 | |
CN107655493A (zh) | 一种光纤陀螺sins六位置***级标定方法 | |
CN102645223B (zh) | 一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法 | |
CN105910606A (zh) | 一种基于角速度差值的方向修正方法 | |
CN112595350A (zh) | 一种惯导***自动标定方法及终端 | |
CN106767915A (zh) | 一种运载火箭带冗余斜轴的光纤惯组标定方法 | |
CN106017452A (zh) | 双陀螺抗扰动寻北方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |