CN108458725B - 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 PDF

Info

Publication number
CN108458725B
CN108458725B CN201711143884.6A CN201711143884A CN108458725B CN 108458725 B CN108458725 B CN 108458725B CN 201711143884 A CN201711143884 A CN 201711143884A CN 108458725 B CN108458725 B CN 108458725B
Authority
CN
China
Prior art keywords
inertial navigation
axis
calibration
error
accelerometer
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.)
Active
Application number
CN201711143884.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108458725A (zh
Inventor
葛磊
马仁冬
王亚凯
师兰芳
***
殷楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Computer Technology and Applications
Original Assignee
Beijing Institute of Computer Technology and Applications
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Computer Technology and Applications filed Critical Beijing Institute of Computer Technology and Applications
Priority to CN201711143884.6A priority Critical patent/CN108458725B/zh
Publication of CN108458725A publication Critical patent/CN108458725A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108458725B publication Critical patent/CN108458725B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法
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：
Figure BDA0001472047160000031
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，
Figure BDA0001472047160000032
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，
Figure BDA0001472047160000041
Figure BDA0001472047160000042
为X加速度计常值 偏置，
Figure BDA0001472047160000043
为Y加速度计常值偏置，
Figure BDA0001472047160000044
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
Figure BDA0001472047160000045
和比力fb也会有 误差，误差模型为：
Figure BDA0001472047160000046
Figure BDA0001472047160000047
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，
Figure BDA0001472047160000048
为陀螺仪输出角速度误差，
Figure BDA0001472047160000049
为惯导X轴向输入的真实角速 度，
Figure BDA00014720471600000410
为惯导Y轴向输入的真实角速度，
Figure BDA00014720471600000411
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，
Figure BDA00014720471600000412
为惯导X轴向输入的真实比力，
Figure BDA00014720471600000413
为惯导Y轴向输入的真实 比力，
Figure BDA00014720471600000414
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，
Figure BDA0001472047160000051
为X 轴加速度计的残余常值偏置，
Figure BDA0001472047160000052
为Y轴加速度计的残余常值偏置，
Figure BDA0001472047160000053
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，
Figure BDA0001472047160000054
输出的带有误差的角速度和比力分别为
Figure BDA0001472047160000055
即
Figure BDA0001472047160000059
Figure BDA0001472047160000056
***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
Figure BDA0001472047160000057
和
Figure BDA0001472047160000058
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
Figure BDA0001472047160000061
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：
Figure BDA0001472047160000062
其中，
Figure BDA0001472047160000063
记姿态更新后的姿态矩阵为
Figure BDA0001472047160000064
为b系相对n系的转动角速 度在b系x轴上的投影，
Figure BDA0001472047160000065
为b系相对n系的转动角速度在b系y 轴上的投影，
Figure BDA0001472047160000066
为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影，
Figure BDA0001472047160000067
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：
Figure BDA0001472047160000068
Figure BDA0001472047160000069
Figure BDA00014720471600000610
其中，
Figure BDA00014720471600000611
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，
Figure BDA00014720471600000612
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：
Figure BDA0001472047160000071
定义一个3行9列的矩阵Hg，且令：
Figure BDA0001472047160000079
定义一个3行12列矩阵HI2：
Figure BDA0001472047160000072
定义一个3行12列矩阵HI3，且令：
Figure BDA0001472047160000073
Figure BDA0001472047160000074
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)]；
Figure BDA0001472047160000075
Figure BDA0001472047160000076
Figure BDA0001472047160000077
Figure BDA0001472047160000078
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：
Figure BDA0001472047160000081
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，
Figure BDA0001472047160000083
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
Figure BDA0001472047160000082
其中，
Figure BDA0001472047160000091
Figure BDA0001472047160000092
Figure BDA0001472047160000093
h)迭代计算，包括：
采用迭代的方法，利用Kg1、ε1、Ka1和
Figure BDA0001472047160000094
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
Figure BDA0001472047160000095
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
Figure BDA0001472047160000101
加速度通道
Figure BDA0001472047160000102
其中，上标b表示相关参数在b系上的投影，
Figure BDA0001472047160000103
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，
Figure BDA0001472047160000111
Figure BDA0001472047160000112
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，
Figure BDA0001472047160000113
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
Figure BDA0001472047160000114
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
Figure BDA0001472047160000115
和比力fb也会有误 差，其误差模型为
Figure BDA0001472047160000116
Figure BDA0001472047160000117
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，
Figure BDA0001472047160000118
为陀螺仪输出角速度误差，
Figure BDA0001472047160000119
为惯导X轴 向输入的真实角速度，
Figure BDA00014720471600001110
为惯导Y轴向输入的真实角速度，
Figure BDA00014720471600001111
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，
Figure BDA0001472047160000121
为惯导X轴向输入的真 实比力，
Figure BDA0001472047160000122
为惯导Y轴向输入的真实比力，
Figure BDA0001472047160000123
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，
Figure BDA0001472047160000124
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，
Figure BDA0001472047160000131
输出的带有误差的角速度和比力分别为
Figure BDA0001472047160000132
即
Figure BDA0001472047160000133
Figure BDA0001472047160000134
***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
Figure BDA0001472047160000135
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
Figure BDA0001472047160000141
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：
Figure BDA0001472047160000142
其中，
Figure BDA0001472047160000143
记姿态更新后的姿态矩阵为
Figure BDA0001472047160000144
为b系相对n系的转动角速度在 b系x轴上的投影，
Figure BDA0001472047160000145
为b系相对n系的转动角速度在b系y轴上 的投影，
Figure BDA0001472047160000146
为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影，
Figure BDA0001472047160000147
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
Figure BDA0001472047160000148
Figure BDA0001472047160000149
Figure BDA00014720471600001410
其中，
Figure BDA00014720471600001411
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，
Figure BDA00014720471600001412
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
Figure BDA0001472047160000151
定义一个3行9列的矩阵Hg，且令
Figure BDA0001472047160000152
定义一个3行12列矩阵HI2
Figure BDA0001472047160000153
定义一个3行12列矩阵HI3，且令
Figure BDA0001472047160000154
Figure BDA0001472047160000155
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)]
Figure BDA0001472047160000156
Figure BDA0001472047160000159
Figure BDA0001472047160000157
Figure BDA0001472047160000158
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
Figure BDA0001472047160000161
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，
Figure BDA0001472047160000162
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
Figure BDA0001472047160000163
其中，
Figure BDA0001472047160000171
Figure BDA0001472047160000172
Figure BDA0001472047160000173
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、
Figure BDA0001472047160000175
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、
Figure BDA0001472047160000174
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：
Figure FDA0003165720210000011
加速度通道：
Figure FDA0003165720210000012
其中，上标b表示相关参数在b系上的投影，
Figure FDA0003165720210000013
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，
Figure FDA0003165720210000021
Figure FDA0003165720210000022
为X加速度计常值偏置，
Figure FDA0003165720210000023
为Y加速度计常值偏置，
Figure FDA0003165720210000024
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
Figure FDA0003165720210000025
和比力fb也会有误差，误差模型为：
Figure FDA0003165720210000026
Figure FDA0003165720210000027
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，
Figure FDA0003165720210000028
为陀螺仪输出角速度误差，
Figure FDA0003165720210000029
为惯导X轴向输入的真实角速度，
Figure FDA00031657202100000210
为惯导Y轴向输入的真实角速度，
Figure FDA00031657202100000211
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，
Figure FDA00031657202100000212
为惯导X轴向输入的真实比力，
Figure FDA00031657202100000213
为惯导Y轴向输入的真实比力，
Figure FDA00031657202100000214
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，
Figure FDA0003165720210000031
为X轴加速度计的残余常值偏置，
Figure FDA0003165720210000032
为Y轴加速度计的残余常值偏置，
Figure FDA0003165720210000033
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，
Figure FDA0003165720210000034
输出的带有误差的角速度和比力分别为
Figure FDA0003165720210000035
即
Figure FDA0003165720210000036
Figure FDA0003165720210000037
***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
Figure FDA0003165720210000038
和
Figure FDA0003165720210000039
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
Figure FDA0003165720210000041
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：
Figure FDA0003165720210000042
其中，
Figure FDA0003165720210000043
Figure FDA0003165720210000044
记姿态更新后的姿态矩阵为
Figure FDA0003165720210000045
Figure FDA0003165720210000046
为b系相对n系的转动角速度在b系x轴上的投影，
Figure FDA0003165720210000047
为b系相对n系的转动角速度在b系y轴上的投影，
Figure FDA0003165720210000048
为b系相对n系的转动角速度在b系z轴上的投影，
Figure FDA0003165720210000049
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：
Figure FDA00031657202100000410
Figure FDA00031657202100000411
Figure FDA00031657202100000412
其中，
Figure FDA00031657202100000413
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，
Figure FDA00031657202100000414
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：
Figure FDA0003165720210000051
定义一个3行9列的矩阵Hg，且令：
Figure FDA0003165720210000052
定义一个3行12列矩阵HI2：
Figure FDA0003165720210000053
定义一个3行12列矩阵HI3，且令：
Figure FDA0003165720210000054
Figure FDA0003165720210000055
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)]；
Figure FDA0003165720210000056
Figure FDA0003165720210000057
Figure FDA0003165720210000061
Figure FDA0003165720210000062
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：
Figure FDA0003165720210000063
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，
Figure FDA0003165720210000064
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
Figure FDA0003165720210000071
其中，
Figure FDA0003165720210000072
Figure FDA0003165720210000073
Figure FDA0003165720210000074
h)迭代计算，包括：
采用迭代的方法，利用Kg1、ε1、Ka1和
Figure FDA0003165720210000076
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
Figure FDA0003165720210000075
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。
CN201711143884.6A 2017-11-17 2017-11-17 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法 Active CN108458725B (zh)

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 CN108458725A (zh) 2018-08-28
CN108458725B true 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)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111121817B (zh) * 2018-11-01 2023-02-10 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
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***
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
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
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
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
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
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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7136770B2 (en) * 2003-11-03 2006-11-14 Agilent Technologies, Inc. Using component-level calibration data to reduce system-level test

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种改进的晃动基座上纬度自估计方法;葛磊等;《导航与控制》;20170430;第16卷(第2期);第109-113页 *
随机游走对罗经方位对准的精度影响分析;张秀娟等;《中国惯性技术学报》;20170215;第25卷(第1期);第28-32页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108458725A (zh) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108458725B (zh) 捷联惯导***晃动基座上的***级标定方法
CN108132060B (zh) 一种捷联惯导***无基准的***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
CN110031882B (zh) 一种基于sins/dvl组合导航***的外量测信息补偿方法
CN108168574B (zh) 一种基于速度观测的8位置捷联惯导***级标定方法
CN108051866B (zh) 基于捷联惯性/gps组合辅助水平角运动隔离的重力测量方法
CN111561948B (zh) 四轴冗余捷联惯导的***级标定方法
CN109211269B (zh) 一种双轴旋转惯导***姿态角误差标定方法
CN107655493B (zh) 一种光纤陀螺sins六位置***级标定方法
CN106969783B (zh) 一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术
CN108088443B (zh) 一种定位定向设备速度补偿方法
CN105352527B (zh) 一种基于双轴转位机构光纤陀螺标定方法
CN109612460B (zh) 一种基于静止修正的垂线偏差测量方法
CN112595350A (zh) 一种惯导***自动标定方法及终端
CN115265590A (zh) 一种双轴旋转惯导动态误差抑制方法
CN113503894A (zh) 基于陀螺基准坐标系的惯导***误差标定方法
CN111486870B (zh) 一种斜置捷联惯组***级标定方法
CN110940357B (zh) 一种用于旋转惯导单轴自对准的内杆臂标定方法
CN113776560B (zh) 一种基于高精度三轴转台的陀螺标度因数测试方法
CN108088463B (zh) 一种高度传感器辅助伪卫星定位的惯导初始对准方法
CN115683155A (zh) 一种旋转捷联惯导***误差***级标定方法
CN111089606B (zh) 一种三自激光惯组关键参数快速自标定方法
CN113465570A (zh) 一种基于高精度imu的气浮台初始对准方法及***
Liang et al. A novel calibration method between two marine rotational inertial navigation systems based on state constraint Kalman filter
CN110823255A (zh) 一种基于比力观测无需调平引北的***级自标定方法

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