光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種利用卡爾曼濾波方程進(jìn)行標(biāo)定的，光纖 陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 捷聯(lián)慣性系統(tǒng)就是將慣性測(cè)量單元（加速度計(jì)與陀螺儀）與載體固聯(lián)，陀螺儀和 加速度計(jì)分別測(cè)量載體相對(duì)慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和線加速度沿運(yùn)載體坐標(biāo)系的分量，經(jīng) 過(guò)坐標(biāo)變換和積分計(jì)算，得到運(yùn)載體的位置、速度、姿態(tài)等信息?？梢哉f(shuō)，加速度計(jì)和陀螺儀 是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要、最基礎(chǔ)的組成部分。
[0003]目前，為了提高慣性儀表的精度，主要有硬件、軟件兩條途徑，硬件方面一是對(duì)原 有慣性儀表從物理結(jié)構(gòu)及工藝上進(jìn)行改進(jìn)，二是研宄開(kāi)發(fā)新型的、性能更為優(yōu)越的慣性儀 表。軟件方面是對(duì)慣性儀表進(jìn)行測(cè)試，建立誤差模型方程，通過(guò)誤差補(bǔ)償來(lái)提高儀表的實(shí)際 使用精度。然而，單靠改進(jìn)儀表的設(shè)計(jì)來(lái)提高慣性儀表的精度在加工、制造、裝配及調(diào)試中 遇到的困難越來(lái)越多，成本也越來(lái)越高。因此利用軟件補(bǔ)償來(lái)提高實(shí)際使用精度成為一條 可行的途徑。這樣，慣性儀表和慣性系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)的重要日益突出，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò) 誤差補(bǔ)償措施提高使用精度，這個(gè)過(guò)程也就是標(biāo)定。
[0004] 標(biāo)定技術(shù)本質(zhì)上也是一種誤差補(bǔ)償技術(shù)。所謂誤差補(bǔ)償技術(shù)就是建立慣性元件和 慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差數(shù)學(xué)模型，通過(guò)一定的試驗(yàn)來(lái)確定模型系數(shù)，進(jìn)而通過(guò)軟件算法來(lái)消除誤 差。慣性元件和慣導(dǎo)系統(tǒng)在出廠之前，必須通過(guò)標(biāo)定來(lái)確定基本的誤差數(shù)學(xué)模型參數(shù)，以保 證元件和系統(tǒng)的正常工作。而且慣性元件高階誤差項(xiàng)的研宄、慣導(dǎo)系統(tǒng)惡劣動(dòng)態(tài)環(huán)境下的 誤差補(bǔ)償都是在標(biāo)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，可以說(shuō)標(biāo)定工作是整個(gè)誤差補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高標(biāo)定效率的，光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì) 內(nèi)桿臂標(biāo)定方法。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法，包括以下幾個(gè)步驟：
[0008] 步驟一：將光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備放置在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上并且靠近轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心， 初始時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框的旋轉(zhuǎn)軸依次為天向、東向和北向；
[0009] 步驟二：連通光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的電纜；
[0010] 步驟三：完成初始對(duì)準(zhǔn)得到初始姿態(tài)值后進(jìn)行分立式標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得 到加速度計(jì)和陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差和常值偏移；
[0011] 步驟四：將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以 60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘；
[0012] 待轉(zhuǎn)臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)后，將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、45°、0°，定位完成后 使外框以60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘；
[0013] 待轉(zhuǎn)臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)后，將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、90°、45°，定位完成 后使外框以60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘；
[0014] 得到加速度計(jì)輸出的加速度和陀螺儀輸出的角速度，解算出線速度誤差；
[0015] 步驟五：根據(jù)加速度計(jì)內(nèi)桿臂效應(yīng)誤差模型，以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的線速度誤差 和三軸加速度計(jì)內(nèi)桿臂為狀態(tài)量，以線速度誤差為觀測(cè)量建立卡爾曼濾波器；
[0016] 步驟六：選擇濾波初值，利用卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波，得到收斂的內(nèi)桿臂濾波結(jié) 果。
[0017] 本發(fā)明光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法，還可以包括：
[0018] 建立卡爾曼濾波器為：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步 驟： 步驟一：將光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備放置在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上并且靠近轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心，初始 時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框的旋轉(zhuǎn)軸依次為天向、東向和北向； 步驟二：連通光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的電纜； 步驟三：完成初始對(duì)準(zhǔn)得到初始姿態(tài)值后進(jìn)行分立式標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到加 速度計(jì)和陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差和常值偏移； 步驟四：將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、〇°、45°，定位完成后使外框以60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘； 待轉(zhuǎn)臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)后，將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、45°、0°，定位完成后使外 框以60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘； 待轉(zhuǎn)臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)后，將轉(zhuǎn)臺(tái)的外框、中框和內(nèi)框定位到0°、90°、45°，定位完成后使 外框以60° /s的角速度開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間為2分鐘； 得到加速度計(jì)輸出的加速度和陀螺儀輸出的角速度，解算出線速度誤差； 步驟五：根據(jù)加速度計(jì)內(nèi)桿臂效應(yīng)誤差模型，以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的線速度誤差和三 軸加速度計(jì)內(nèi)桿臂為狀態(tài)量，以線速度誤差為觀測(cè)量建立卡爾曼濾波器； 步驟六：選擇濾波初值，利用卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波，得到收斂的內(nèi)桿臂濾波結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法，其特征在 于： 所述的建立卡爾曼濾波器為：
其中，
％線速度誤差在X軸、Y 軸、Z軸方向的投影，rn= [rnxrnyrnz]，為待標(biāo)定的內(nèi)桿臂參數(shù)，n=x、y、z，W(t)、V(t)為 白噪聲；
%捷聯(lián)矩陣，通過(guò)四階龍格庫(kù)塔法 解算得到；

【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)內(nèi)桿臂標(biāo)定方法。包括以下步驟，將光纖陀螺慣導(dǎo)設(shè)備放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上并完成轉(zhuǎn)臺(tái)的初始配置，測(cè)試電纜線是否連通，確保數(shù)據(jù)正常傳輸；完成系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)和分立式標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，得到陀螺儀和加速度計(jì)的靜態(tài)誤差參數(shù)值；使轉(zhuǎn)臺(tái)按照標(biāo)定路徑設(shè)計(jì)的方式運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)采集，完成內(nèi)桿臂標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；處理內(nèi)桿臂標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，以系統(tǒng)的線速度誤差為觀測(cè)量，建立卡爾曼濾波器；選擇合適的濾波初值，根據(jù)卡爾曼濾波基本方程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行卡爾曼濾波，得到收斂的內(nèi)桿臂參數(shù)值。本發(fā)明大大縮短了卡爾曼濾波時(shí)間，提高了效率，具有很高的實(shí)用性。
【IPC分類】G01C25-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104697553
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510112353
【發(fā)明人】周廣濤, 許偉通, 張思, 葉攀, 楊建通, 陳小煒, 程果, 白紅美, 韓子龍
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日