一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，屬于慣性【技術(shù)領(lǐng)域】。本標(biāo)定方法使用低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備，整個(gè)標(biāo)定旋轉(zhuǎn)編排需19個(gè)位置，然后以各個(gè)位置上的速度誤差和天向姿態(tài)誤差擬合出一階中間參數(shù)Δg以及二階中間參數(shù)最后依據(jù)中間參數(shù)與誤差參數(shù)的關(guān)系，由最小二乘法計(jì)算出各個(gè)器件誤差參數(shù)，為消除由轉(zhuǎn)臺(tái)引起的定位誤差，將前一次迭代計(jì)算得到的誤差參數(shù)和原有的慣性測(cè)量單元原始輸出數(shù)據(jù)代入導(dǎo)航方程，再進(jìn)行一次觀測(cè)量、中間參數(shù)和誤差參數(shù)殘差的解算并進(jìn)行殘差補(bǔ)償，依此類推，直至迭代計(jì)算得到的誤差參數(shù)殘差小于閾值。該標(biāo)定方法可以大幅降低標(biāo)定對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)精度的依賴性，具有很好的工程實(shí)用性。
【專利說明】一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)中的慣性測(cè)量組合測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法。與傳統(tǒng)標(biāo)定方法相比，該標(biāo)定方法適用于雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備，對(duì)轉(zhuǎn)位設(shè)備的基準(zhǔn)精度要求低且不需要對(duì)北。
【背景技術(shù)】
[0002]捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有反應(yīng)時(shí)間短、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等軍用和民用導(dǎo)航領(lǐng)域，具有重要的國(guó)防意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]慣性測(cè)量組合是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件，主要由3個(gè)加速度計(jì)和3個(gè)陀螺組成。
[0004]標(biāo)定技術(shù)是慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，是一種對(duì)誤差的辨識(shí)技術(shù)，即建立慣性器件和慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差模型，通過一系列的試驗(yàn)求解出誤差模型中的誤差項(xiàng)，進(jìn)而通過軟件算法對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。慣性測(cè)量組合的標(biāo)定結(jié)果好壞直接影響捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。
[0005]慣性測(cè)量組合標(biāo)定方法按層次可分為分立式標(biāo)定和系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定兩種。當(dāng)前分立式標(biāo)定方法的研究已經(jīng)非常成熟，而系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方法是由20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，目前正成為標(biāo)定技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
[0006]分立標(biāo)定方法是根據(jù)陀螺和加速度計(jì)的誤差模型，利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)提供的精確速率、姿態(tài)和位置，采集慣性測(cè)量組合的輸出，然后利用最小二乘法辨識(shí)誤差模型系數(shù)。然而分立式標(biāo)定過分依賴轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)精度不高時(shí)，標(biāo)定結(jié)果不理想。
[0007]系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定是建立捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航輸出誤差與慣性器件誤差參數(shù)之間的關(guān)系，充分考慮慣性器件誤差系數(shù)的可辨識(shí)性，合理安排實(shí)驗(yàn)位置，進(jìn)而辨識(shí)出慣性器件的各項(xiàng)誤差系數(shù)。該方法可以大幅減小甚至克服標(biāo)定對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)精度的依賴，適合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定使用。
[0008]早在上世紀(jì)80-90年代，系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方法就已經(jīng)在國(guó)外的工程中得到了推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚，近年隨著捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)的成熟度不斷提高，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了很多介紹系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定的文獻(xiàn)和資料，但大多數(shù)停留在理論研究和仿真驗(yàn)證的階段。在公開的文獻(xiàn)和資料中，國(guó)內(nèi)一般采用低精度的三軸或雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，在引北的條件下在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定。尚未有發(fā)現(xiàn)免對(duì)北雙軸系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定算法的相關(guān)資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，與國(guó)內(nèi)外其他系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方法相比，該標(biāo)定方法不需對(duì)北，同時(shí)可以大幅降低標(biāo)定對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)精度的依賴性，具有很好的工程實(shí)用性。
[0010]本發(fā)明適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，包含如下步驟:[0011 ] 步驟一:將慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)安裝在雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備上，所述慣性測(cè)量單元初始位置保證X軸朝上或朝下，慣性測(cè)量單元通電預(yù)熱后開始采集輸出的原始數(shù)據(jù)，所述慣性測(cè)量單元先在第O個(gè)位置上靜止3-5分鐘后，再轉(zhuǎn)動(dòng)到第I個(gè)位置靜止3-5分鐘，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)到第2個(gè)位置，依此類推，直至在第18個(gè)位置上靜止3-5分鐘后停止采集慣性測(cè)量單元輸出的原始數(shù)據(jù)；
[0012]步驟二:利用步驟一采集的慣性測(cè)量單元原始數(shù)據(jù)，在第O位置上使用雙矢量定姿法進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而得到第O位置上導(dǎo)航起始時(shí)刻的天向轉(zhuǎn)角if”，然后利用對(duì)準(zhǔn)結(jié)果和第O位置上的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航解算，進(jìn)而得到第O位置上導(dǎo)航過程中的實(shí)時(shí)速度vf1、以及實(shí)時(shí)天向轉(zhuǎn)角『W f設(shè)第O位置上導(dǎo)航起始時(shí)刻的速度、v；f、
均為0，以速度和天向轉(zhuǎn)角為觀測(cè)結(jié)果擬合出第O位置上的⑽，和一階中間參數(shù)Af ,
所述輸_包含'、4?和fii),所述、47和《”分別為第ο位置上的參數(shù)在
X軸、y軸和Z軸上投影的標(biāo)量，所述包含Δ=1、Δ，和Δ{?」，所述Δ(=、Δ，和Δ，分
別為第O位置上的一階中間參數(shù)Δ，在X軸、y軸和Z軸上投影的標(biāo)量；
[0013]步驟三:利用步驟一采集的慣性測(cè)量單元原始數(shù)據(jù)，在第i位置上使用雙矢量定姿法進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，所述i=0，1，2……17，然后在第i個(gè)位置到第i+Ι個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中以及第i+Ι個(gè)位置上的靜止過程中進(jìn)行連續(xù)導(dǎo)航，通過導(dǎo)航獲取轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)第i+Ι個(gè)位置瞬
間的速度vjf1)、v;f和ν=?1>以及瞬間的天向轉(zhuǎn)角《<叫以及轉(zhuǎn)動(dòng)完成后在第i+Ι個(gè)位置靜止過程中的實(shí)時(shí)速度vf111、vf#和以及實(shí)時(shí)天向轉(zhuǎn)角en(i+1)，
【權(quán)利要求】
1.一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征在于:包含如下步驟: 步驟一:將慣性測(cè)量單元安裝在雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備上，所述慣性測(cè)量單元初始位置保證X軸朝上或朝下，慣性測(cè)量單元通電預(yù)熱后開始采集輸出的原始數(shù)據(jù)，所述慣性測(cè)量單元先在第O個(gè)位置上靜止3-5分鐘后，再轉(zhuǎn)動(dòng)到第I個(gè)位置靜止3-5分鐘，隨后轉(zhuǎn)動(dòng)到第2個(gè)位置，依此類推，直至在第18個(gè)位置上靜止3-5分鐘后停止采集慣性測(cè)量單元輸出的原始數(shù)據(jù)； 步驟二:利用步驟一采集的慣性測(cè)量單元原始數(shù)據(jù)，在第O位置上使用雙矢量定姿法進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而得到第O位置上導(dǎo)航起始時(shí)刻的天向轉(zhuǎn)角<⑼，然后利用對(duì)準(zhǔn)結(jié)果和第O位置上的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航解算，進(jìn)而得到第O位置上導(dǎo)航過程中的實(shí)時(shí)速度V；(0)、v；(0)、vf)以及實(shí)時(shí)天向轉(zhuǎn)角θ n(°)，設(shè)第O位置上導(dǎo)航起始時(shí)刻的速度νχ?)、ν；(0)、vf)均為O，以速度和天向轉(zhuǎn)角為觀測(cè)結(jié)果擬合出第O位置上的ω；°)和一階中間參數(shù)Δ。，所述of包含和所述?iQ)、和分別為第O位置上的參數(shù)of在X軸、y軸和z軸上投影的標(biāo)量，所述包含Δ$、和，所述Δ=)、Δ=和分別為第O位置上的一階中間參數(shù)在X軸、y軸和z軸上投影的標(biāo)量； 步驟三:利用步驟一 采集的慣性測(cè)量單元原始數(shù)據(jù)，在第i位置上使用雙矢量定姿法進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，所述i = 0,1,2……17，然后在第i個(gè)位置到第i+Ι個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中以及第i+Ι個(gè)位置上的靜止過程中進(jìn)行連續(xù)導(dǎo)航，通過導(dǎo)航獲取轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)第i+Ι個(gè)位置瞬間的速度vxt+1)、V；J+1)和vzf+1)以及瞬間的天向轉(zhuǎn)角以及轉(zhuǎn)動(dòng)完成后在第i+Ι個(gè)位置靜止過程中的實(shí)時(shí)速度VXB(;+1)、vf+1^pv々+1)以及實(shí)時(shí)天向轉(zhuǎn)角en(i+1)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征在于:在步驟一中，導(dǎo)航坐標(biāo)系選取北天東坐標(biāo)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征在于:在步驟一中，標(biāo)定旋轉(zhuǎn)順序如下表所示: 標(biāo)定旋轉(zhuǎn)順序
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征在于:慣性測(cè)量單元坐標(biāo)系是:X軸與X加速度計(jì)輸入軸方向相同，Y軸位于X加速度計(jì)和Y加速度計(jì)輸入軸構(gòu)成的平面內(nèi)，接近Y加速度計(jì)輸入軸方向，Z軸方向由右手定則確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征在于:在步驟一中，所述的慣性測(cè)量單元通電預(yù)熱時(shí)間為30分鐘，原始數(shù)據(jù)的采樣周期為0.01s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于低精度無方位基準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)位設(shè)備的慣性測(cè)量單元標(biāo)定方法，其特征 在于:在步驟一中，停止采集慣性測(cè)量單元后關(guān)閉慣性測(cè)量單元。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103983274SQ201410145103
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】劉明, 穆杰, 周海, 羅偉, 李澤洪 申請(qǐng)人:湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)所