一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法
2023-05-23 03:05:16 1
一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法
【專利摘要】本發明公開了適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，屬於慣性【技術領域】。該標定方法使用低精度有方位基準雙軸轉位設備，標定旋轉共19個位置，然後以各個位置上的速度誤差和天向姿態誤差擬合出一階中間參數Δg和二階中間參數最後依據中間參數與誤差參數的關係，由最小二乘法得到各個器件誤差參數，為了有效消除由轉臺引起的定位誤差，將前一次迭代計算得到的誤差參數和原有的慣性測量單元輸出數據代入到導航方程中，再進行一次觀測量、中間參數和誤差參數殘差的解算，然後對誤差參數進行殘差補償。依此類推，直至迭代計算得到的誤差參數殘差小於閾值。該標定方法可以大幅降低標定對轉臺精度的依賴性，具有很好的工程實用性。
【專利說明】一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於航空航天捷聯慣性導航技術中的慣性測量組合測試【技術領域】，具體涉及一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法。
【背景技術】
[0002]捷聯慣性導航系統具有反應時間短、可靠性高、體積小、重量輕等優點，廣泛應用於飛機、艦船、飛彈等軍用和民用導航領域，具有重要的國防意義和巨大的經濟效益。
[0003]慣性測量組合是捷聯慣性導航系統的核心部件，主要由3個加速度計和3個陀螺組成。
[0004]標定技術是慣性導航領域的核心技術之一，是一種對誤差的辨識技術，即建立慣性器件和慣導系統的誤差模型，通過一系列的試驗求解出誤差模型中的誤差項，進而通過軟體算法對誤差進行補償。慣性測量組合的標定結果好壞直接影響捷聯慣性導航系統的精度。
[0005]慣性測量組合標定方法按層次可分為分立式標定和系統級標定兩種。當前分立式標定方法的研究已經非常成熟，而系統級標定方法是由20世紀80年代發展起來的，目前正成為標定技術研究的熱點。
[0006]分立標定方法是根據陀螺和加速度計的誤差模型，利用三軸轉臺提供的精確速率、姿態和位置，採集慣性測量組合的輸出，然後利用最小二乘法辨識誤差模型係數。然而分立式標定過分依賴轉臺的精度，當轉臺精度不高時，標定結果不理想。
[0007]系統級標定是建立捷聯慣導系統導航輸出誤差與慣性器件誤差參數之間的關係，充分考慮慣性器件誤差係數的可辨識性，合理安排實驗位置，進而辨識出慣性器件的各項誤差係數。該方法可以大幅減小甚至克服標定對轉臺精度的依賴，適合現場標定使用。
[0008]早在上世紀80-90年代，國外的系統級標定方法就已經在工程中得到了推廣應用。國內的相關研究起步較晚，近年隨著捷聯慣導技術的成熟度不斷提高，國內也出現了很多介紹系統級標定的文獻和資料，但大多數停留在理論研究和仿真驗證的階段。在公開的文獻和資料中，國內一般採用低精度的三軸或雙軸轉臺，在引北的條件下在實驗室內進行系統級標定，缺乏工程實用性。
【發明內容】
[0009]本發明提供一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，與國內外其他系統級標定方法相比，該標定方法適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備，可以大幅降低標定對轉臺精度的依賴性，具有很好的工程實用性。
[0010]本發明適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，包含如下步驟:
[0011]步驟一:將慣性測量單元安裝在雙軸轉位設備上，慣性測量單元初始位置朝向為北-天-東(N-U-E, North-Up-East),慣性測量單元通電預熱後開始採集輸出的原始數據，慣性測量單元先在第O個位置上靜止3-5分鐘，再轉動到第I個位置靜止3-5分鐘，隨後轉動到第2個位置，依此類推，直至在第18個位置上靜止3-5分鐘後停止採集慣性測量單元輸出的原始數據；
[0012]步驟二:利用步驟一採集的慣性測量單元數據，在第O位置上利用重力加速度和加速度計輸出數據確定出慣性測量單元的水平姿態，並將第O位置上慣性測量單元的導航
起始時刻的天向轉角直接設為0，進而得到首位置的初始對準結果具體計算公式
如下:
【權利要求】
1.一種適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:包含如下步驟: 步驟一:將慣性測量單元安裝在雙軸轉位設備上，慣性測量單元初始位置朝向為北-天-東，慣性測量單元通電預熱後開始採集輸出的原始數據，慣性測量單元先在第O個位置上靜止3-5分鐘，再轉動到第I個位置靜止3-5分鐘，隨後轉動到第2個位置，依此類推，直至在第18個位置上靜止3-5分鐘後停止採集慣性測量單元輸出的原始數據； 步驟二:利用步驟一採集的慣性測量單元數據，在第O位置上利用重力加速度和加速度計輸出數據確定出慣性測量單元的水平姿態，並將第O位置上慣性測量單元的導航起始時刻的天向轉角％(°)直接設為O，進而得到首位置的初始對準結果crro，具體計算公式如下:
2.根據權利要求1所述的適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:在步驟一中，標定旋轉順序如下表所示: 標定旋轉順序
3.根據權利要求1或2所述的適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:慣性測量單元坐標系是:χ軸與X加速度計輸入軸方向相同，Y軸位於X加速度計和Y加速度計輸入軸構成的平面內，接近Y加速度計輸入軸方向，Z軸方向由右手定則確定。
4.根據權利要求1或2所述的適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:在步驟三中，由第1-Ι位置上的天向轉角Θ 及第1-Ι位置到第i個位置轉動過程中的陀螺輸出通過四階定時增量算法確定第i位置上慣性測量單元的天向轉角θη⑴。
5.根據權利要求1或2所述的適用於低精度有方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:在步驟一中，所述的慣性測量單元通電預熱時間為30分鐘，原始數據的採樣周期為0.01s。
6.根據權利要求1或2所述的適用於低精度無方位基準雙軸轉位設備的慣性測量單元標定方法，其特徵在於:在步驟一中，停止採集慣性測量單元輸出的原始數據後關閉慣性測量 單元。
【文檔編號】G01C25/00GK103994775SQ201410145102
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】穆傑, 劉明, 周海, 羅偉 申請人:湖北航天技術研究院總體設計所