一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法
2023-06-12 22:42:01
專利名稱：一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法
技術領域：
本發明涉及一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，屬於慣性導航技術/組合導航技術領域。
背景技術：
雷射測速儀作為一種速度傳感器，具有完全自主、精度高、測速範圍寬、動態性能好及非接觸測量的優點。單獨的雷射測速儀不具備導航定位功能，但是與慣導系統組合能優勢互補，能實現全自主、高精度導航定位。組合導航系統實際使用中慣導系統和三波束雷射測速儀分別裝在載體的不同位置，需要標定測速儀安裝角，同時實驗室中測得的雷射測速儀標度因數在實際使用中會有變化，需要標定標度因數誤差。目前公開文獻中用於導航定位領域的雷射測速儀並沒有統一的標定方法，本文提出了一種三波束雷射測速儀安裝角和標度因數誤差的標定方法，解決了工程實際中雷射測速儀與慣導組合系統導航定位的基礎問題。
發明內容
I、目的本發明的目的是提供了一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，它克服了現有技術的不足，解決了雷射測速儀裝到載體上時需要標定安裝角和標度因數誤差的問題。2、技術方案本發明一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，該方法具體步驟如下步驟I、將捷聯慣導系統、差分GPS和雷射測速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數(包括初始的經度、緯度和高度)至慣導的導航計算機。步驟2、捷聯慣導預熱，然後採集陀螺和加速度計的輸出數據。步驟3、對採集到的陀螺和加速度計數據進行處理，根據捷聯慣導系統誤差傳播特性和古典控制理論，採用二階調平和方位估算法來完成系統的粗對準，初步確定載體姿態角。粗對準時間為I分鐘。粗對準後利用卡爾曼濾波技術精對準5分鐘。步驟4、啟動差分GPS和雷射測速儀，慣導系統由對準模式切換到SINS/DGPS (捷聯慣導系統/差分GPS)組合導航模式(組合算法框圖見
圖1)，切換完成後載體開始運動。步驟5、採取載體不同運動狀態下測速儀的輸出及SINS/DGPS組合導航系統輸出，至少採三個不同時刻的輸出。步驟6、利用最小二乘法分別辨識雷射測速儀三個波束的安裝角及標度因數誤差。步驟7、標定精度評價分析。步驟I一7分為三個階段，步驟I一3為準備階段，步驟4一6為雷射測速儀標定階段(標定方法框圖見圖2)，步驟7為標定結果評價階段。其中，步驟6中所述的最小二乘法辨識三波束雷射測速儀的安裝角和標度因數誤差，具體實現過程說明如下
以三波束雷射測速儀中某波束為例介紹它的安裝角和標度因數誤差標定方法，另外兩個波束的安裝角和標度因數誤差標定方法與此相同。定義\為雷射測速儀輸出，Vxb、Ff、F/分別為SINS/DGPS在載體系x、y、z三
個軸向上的輸出，S K為雷射測速儀標度因數誤差，α、β、Y分別為雷射測速儀與載體系x、y、z三個軸向的夾角。測得η個點(η彡3)單波束測速儀輸出Vl(I)、Vl(2) ...VL(η)及η個點(n>3)SINS/DGPS 輸出 C⑴、f ⑵…F>), <⑴、Fj4⑵…<( ) , Fz6⑴、Fzb ⑵…VzbM。
權利要求
1.一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，其特徵在於該方法具體步驟如下 步驟I、將捷聯慣導系統、差分GPS和雷射測速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數即初始的經度、緯度和高度至慣導的導航計算機； 步驟2、捷聯慣導預熱，然後採集陀螺和加速度計的輸出數據； 步驟3、對採集到的陀螺和加速度計數據進行處理，根據捷聯慣導系統誤差傳播特性和古典控制理論，採用二階調平和方位估算法來完成系統的粗對準，初步確定載體姿態角；粗對準時間為I分鐘，粗對準後利用卡爾曼濾波技術精對準5分鐘； 步驟4、啟動差分GPS和雷射測速儀，慣導系統由對準模式切換到SINS/DGPS即捷聯慣導系統/差分GPS組合導航模式，切換完成後載體開始運動； 步驟5、採取載體不同運動狀態下測速儀的輸出及SINS/DGPS組合導航系統輸出，至少採三個不同時刻的輸出； 步驟6、利用最小二乘法分別辨識雷射測速儀三個波束的安裝角及標度因數誤差； 步驟7、標定精度評價分析。
2.根據權利要求I所述的一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，其特徵在於步驟6中所述的最小二乘法辨識三波束雷射測速儀的安裝角和標度因數誤差，具體實現過程說明如下 以三波束雷射測速儀中某波束為例介紹它的安裝角和標度因數誤差標定方法，另外兩個波束的安裝角和標度因數誤差標定方法與此相同； 定義\為雷射測速儀輸出，Vhx、」分別為SINS/DGPS在載體系x、y、z三個軸向上的輸出，S K為雷射測速儀標度因數誤差，a、P、Y分別為雷射測速儀與載體系x、y、z三個軸向的夾角；測得n個點(n彡3)單波束測速儀輸出Vl(I)、Vl(2) ...VL(n)及n個點(n ^ 3) SINS/DGPS 輸出 f ⑴、f ⑵…g( ), Fi6 ⑴、< ⑵...) Vbz {n)\ [cosxj 由最小二乘估計公式X =即解得X的最小二乘估計X; 由 cos2 a +cos2 3 +cos2 y =1 得^XiD2 + 1(2)2 + 1(3)2 = ^/(1 + SKficos2 a + cos2 (3 + cos2 y) = I + SK ,因此SK = ^X(I)2 + 1(2)2 + 1(3)2 - I
3.根據權利要求I所述的一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，其特徵在於步驟7中所述的標定精度評價分析，具體實現過程說明如下 將標定結果5 K、a、0、Y代入
全文摘要
一種基於導航系統的三波束雷射測速儀標定方法，它有七大步驟一、將慣組、差分GPS和雷射測速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數至導航計算機；二、捷聯慣組預熱，採集陀螺和加速度計的輸出數據；三、對採集到的輸出數據進行預處理；四、啟動差分GPS和雷射測速儀，系統由對準模式切換到SINS/DGPS模式，載體開始運動；五、採集三個不同時刻的載體不同運動狀態下測速儀的輸出及SINS/DGPS組合導航系統輸出；六、利用最小二乘法分別辨識三個雷射測速儀的安裝角及標度因數誤差；七、標定精度評價分析。本發明利用捷聯慣導與組合導航系統輸出速度精度高的特點對三波束雷射測速儀實現精確標定，它在慣性導航技術領域裡具有實用價值。
文檔編號G01C25/00GK102706365SQ20121020806
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者宋凝芳, 尹俊傑, 張小躍, 張春熹, 林志立, 潘建業 申請人:北京航空航天大學