專利名稱：應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于慣性技術領域，具體涉及一種應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法。
背景技術：
光纖陀螺是以SAGNAC效應為基本原理的角速率傳感器。與傳統(tǒng)的機械陀螺相比，光纖陀螺具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、動態(tài)范圍寬、瞬時響應、可承受大過載、價格相對較低、壽命長等優(yōu)點，受到各國廠家和用戶的普遍關注，發(fā)展相當迅速。光纖捷聯(lián)慣組一般由三個光纖陀螺、三個石英撓性加速度計及系統(tǒng)相關電路組
成。光纖捷聯(lián)慣組在進入導航解算狀態(tài)前一般要首先完成初始對準過程。初始對準誤差是光纖捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)主要的測量誤差，載體相對于導航坐標系初始姿態(tài)的測量精度直接影響著導航參數(shù)的精度。慣導系統(tǒng)的靜基座對準是保證系統(tǒng)工作精度的前提。靜基座對準是指在載體靜止的情況下光纖捷聯(lián)慣導系統(tǒng)進行初始對準，通?？梢圆捎媒馕鍪綄史椒?、羅經(jīng)回路對準方法、方位估算方法、兩位置卡爾曼濾波對準法等。在兩位置卡爾曼濾波對準過程中，一般集中在對方位失準角的估計，同時還能觀測一部分陀螺漂移誤差。在實際工程應用中，如果能夠通過建立合理的光纖慣組誤差模型，并且充分利用起豎兩位置對準過程中的零速信息以及外部光學瞄準獲取的航向角信息，將光纖慣組的主要誤差項分離出來，對于提高光纖慣組主要誤差參數(shù)的辨識精度以及光纖慣組實際導航性能將具有非常重要的軍事意義和實用價值。申請?zhí)枮?00810064146. 7的發(fā)明專利公開了一種基于濾波的光纖陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)兩位置初始對準方法，所述的對準方法為了解決載體在靜止狀態(tài)下，地理坐標系下的東向光纖陀螺漂移不可觀測，導致方位失準角的可觀測度難以提高的問題，提出采用卡爾曼濾波在載體的兩個不同方位上估計姿態(tài)角，進而通過估計的姿態(tài)角計算出水平方向的陀螺漂移并在對準的最后階段加以補償。申請?zhí)枮?00510130615. 7的發(fā)明專利公開了一種捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的任意雙位置初始對準方法，根據(jù)該方法，可以將SINS從初始位置旋轉(zhuǎn)到任意一個位置，利用兩個位置上SINS的輸出與地球自轉(zhuǎn)角速度和重力加速度的關系，可確定SINS的初始姿態(tài)，并且可以測量出陀螺儀的常值漂移。上述兩種對準方法的缺點是，只能估算陀螺漂移誤差，沒有考慮光纖慣組安裝誤差、標度誤差等，慣組精度提高有限，從而限制了慣組的實際導航性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于充分利用載體起豎兩位置對準過程，采用基于零速修正和航向修正的濾波方法實現(xiàn)光纖慣組漂移誤差、標度誤差、安裝誤差等在內(nèi)的主要誤差源的標定，提高光纖慣組的實際使用精度。
本發(fā)明提供一種應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，包括如下步驟步驟I、確定載體的初始位置參數(shù)，并將其裝訂至導航計算機；步驟2、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)進行預熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計的輸出數(shù)據(jù)；步驟3、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)粗對準，確定載體的姿態(tài)；步驟4、粗對準結(jié)束后進入精對準階段，保持載體在水平位置上靜止不動，只作零速修正，對準時間不少于250秒，此時光纖捷聯(lián)慣組初始俯仰角和滾轉(zhuǎn)角分別設為O度和-45度，航向角為45度；精對準過程包括建立精對準的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程，以及卡爾曼濾波狀態(tài)估計； 步驟5、載體從水平位置繞俯仰軸在水平面的投影旋轉(zhuǎn)至豎直位置；步驟6、保持載體在豎直位置上靜止不動，作零速修正和航向修正，對準時間不少于200秒。所述的初始位置參數(shù)為載體的經(jīng)度、緯度和高度參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以對光纖捷聯(lián)慣組各主要誤差項進行標定，從而提高系統(tǒng)的參數(shù)辨識精度和光纖捷聯(lián)慣組的實際導航性能。


圖I為本發(fā)明中卡爾曼濾波的反饋校正方式示意圖；圖2為本發(fā)明的應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法的流程圖；圖3a 3f為本發(fā)明中基于兩位置對準方式下光纖捷聯(lián)慣組各狀態(tài)變量估計仿真曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明提供了一種應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，所述的標定方法將光纖捷聯(lián)慣組的標度誤差、安裝誤差作為增廣狀態(tài)變量添加進卡爾曼濾波器，對卡爾曼濾波器的狀態(tài)變量進行設計時，狀態(tài)變量中除包含了常值漂移誤差項外，還包含了器件標度誤差以及安裝誤差項；充分利用兩位置對準過程的零速信息以及通過光學瞄準得到的航向信息對各主要誤差進行估計和補償，減小慣組誤差對系統(tǒng)精度的影響。所述的標定方法流程如圖2所示，具體包括如下步驟步驟I、通過外部設備(例如GPS接收機)可確定載體的初始位置參數(shù)(包括初始的經(jīng)度、緯度和高程)，并將其裝訂至導航計算機。步驟2、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)進行預熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計的輸出數(shù)據(jù)。步驟3、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)粗對準，確定載體的姿態(tài)。根據(jù)光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)的誤差傳播特性和古典控制理論，采用二階調(diào)平法和方位估算法來完成系統(tǒng)的粗對準，初步確定載體的姿態(tài)。粗對準時間不少于30秒。所述的古典控制理論參見參考文獻[3](萬德鈞，房建成，《慣性導航初始對準》，東南大學出版社，1998年12月，第36 82頁)。步驟4、粗對準結(jié)束后進入精對準階段。保持載體在水平位置上靜止不動，只作零速修正，不作航向修正，對準時間不少于250秒。此時光纖捷聯(lián)慣組初始俯仰角和滾轉(zhuǎn)角分別設為O度和-45度，航向角為45度。精對準過程包括建立精對準的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程，以及卡爾曼濾波狀態(tài)估計。(I)導航坐標系取為游動自由方位坐標系。建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程如下
權(quán)利要求
1.應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，其特征在于 步驟I、確定載體的初始位置參數(shù)，并將其裝訂至導航計算機； 步驟2、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)進行預熱，然后采集光纖陀螺儀和石英加速度計的輸出數(shù)據(jù)； 步驟3、光纖捷聯(lián)慣組系統(tǒng)粗對準，確定載體的姿態(tài)； 步驟4、粗對準結(jié)束后進入精對準階段，保持載體在水平位置上靜止不動，只作零速修正，對準時間不少于250秒，此時光纖捷聯(lián)慣組初始俯仰角和滾轉(zhuǎn)角分別設為O度和-45度，航向角為45度；精對準過程包括建立精對準的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程，以及卡爾曼濾波狀態(tài)估計； 步驟5、載體從水平位置繞俯仰軸在水平面的投影旋轉(zhuǎn)至豎直位置； 步驟6、保持載體在豎直位置上靜止不動，作零速修正和航向修正，對準時間不少于200 秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，其特征在于所述的初始位置參數(shù)為載體的經(jīng)度和緯度參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，其特征在于步驟4中的水平位置靜對準過程如下 (I)導航坐標系取為游動自由方位坐標系，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程如下
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，其特征在于所述的水平位置轉(zhuǎn)換為豎直位置，具體為載體繞俯仰軸在水平面投影旋轉(zhuǎn)角度設定為88度，轉(zhuǎn)速為I度/秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用零速/航向修正的光纖捷聯(lián)慣組在線標定方法，屬于慣性技術領域。本發(fā)明充分利用載體起豎兩位置對準過程，采用基于零速修正和航向修正的濾波方法實現(xiàn)光纖慣組漂移誤差、標度誤差、安裝誤差等在內(nèi)的主要誤差源的標定，提高光纖慣組的實際使用精度。本發(fā)明通過確定載體的初始位置參數(shù)，采集光纖陀螺儀和石英加速度計的輸出數(shù)據(jù)；粗對準確定載體的姿態(tài)；水平位置和豎直位置精對準，實現(xiàn)在線標定。本發(fā)明可以對光纖捷聯(lián)慣組各主要誤差項進行標定，從而提高系統(tǒng)的參數(shù)辨識精度和光纖捷聯(lián)慣組的實際導航性能。
文檔編號G01C25/00GK102680000SQ20121012682
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者宋來亮, 張春熹, 李保國, 蘆佳振 申請人:北京航空航天大學