一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法及系统，通过摆放使惯组依次处于六种姿态，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息、速度输出信息和位置输出信息，利用扩张状态观测器方法或最小二乘多项式拟合方法提取速度误差微分信号的多位置标定算法，计算激光捷联惯组的误差参数ηΔ1,ηΔ2,ηε1的估计值

A fast calibration method and system for Laser Strapdown inertial measurement unit error parameters

The invention discloses a fast calibration method and system for error parameters of Laser Strapdown Inertial unit. By placing the inertial unit in six postures in turn, the coarse alignment attitude information, velocity output information and position output information in six attitude navigation processes are recorded, and the extended state observer method or least square polynomial fitting are used. Methods A multi-position calibration algorithm was used to extract differential signals of velocity errors, and the estimated values of error parameters 1, 2, 1 of laser SINS were calculated.

【技术实现步骤摘要】
一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法及系统
本专利技术属于激光捷联惯组
，尤其涉及一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法及系统。
技术介绍
惯性测量组合(以下简称“惯组”)的仪表测量精度将直接影响系统的导航输出精度，因此改善激光捷联惯组误差参数的标定方法对于提高系统综合性能水平具有十分重要的意义。对于激光捷联惯组来说，加表零偏，加表比例因子误差和陀螺零偏等9个误差参数为其关键误差参数，这些误差参数会随着时间的推移发生变化，针对此问题，以往的做法是定期将激光捷联惯组从载体拆卸下来，并利用高精度测试设备对其进行标定，这样导致了维护成本的增加和完好率的降低。为了减少激光捷联惯组从载体拆卸下来的次数、延长激光捷联惯组的性能保持期，迫切需要有效的外场条件下的激光捷联惯组快速标定方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法及系统，提高了标定效率，并且具有较高的标定精度。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法，所述方法包括如下步骤：(1)使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，在每种姿态下均进行导航计算，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息、速度输出信息和位置输出信息；(2)根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值；(3)利用步骤(2)得到的M,N的估计值以及等效天向加表零偏、等效北向陀螺零漂计算激光捷联惯组的误差参数的估计值；(4)将步骤(3)得到的激光捷联惯组的误差参数的估计值作为标定结果提供给诸元进行装订，完成对激光捷联惯组误差参数的快速标定。上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，在步骤(1)中，摆放系统使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，姿态1为滚动0°、俯仰0°、偏航0°；姿态2为滚动20°、俯仰0°、偏航0°；姿态3为滚动20°、俯仰90°、偏航0°；姿态4为滚动20°、俯仰-90°、偏航0°；姿态5为滚动70°、俯仰90°、偏航0°；姿态6为滚动70°、俯仰-90°、偏航0°；在每种姿态下均进行导航计算，导航时间为8-10分钟，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息速度输出信息和位置输出信息其中，θ为俯仰角、ψ为偏航角、γ为滚动角；VE为东向速度、VN为北向速度、VU为天向速度；λ为纬度，为经度，h为高度。上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，在步骤(2)中，根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值包括：根据第i个位置的粗对准姿态信息获得M,N的估计值再利用扩张状态观测器方法或最小二乘多项式拟合方法提取第i个位置下天向速度和北向速度误差微分信号δVU(i),δVN(i)的一阶导数和东向速度误差微分信号δVE(i)的二阶导数，并得到第i个位置下等效天向加表零偏ΔU(i)等效北向陀螺零漂εN(i)的估计值上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，M,N由以下公式得出：其中，[c31(i)c32(i)c33(i)]和[c21(i)c22(i)c23(i)]分别为第i个位置的[c31c32c33]和[c21c22c23]，c31＝-sinγcosθ,c32＝sinθ,c33＝cosγcosθ,c21＝cosγsinψ+sinγsinθcosψ，c22＝cosθcosψ,c23＝sinγsinψ-cosγsinθcosψ，g为重力加速度。上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，第i个位置下等效天向加表零偏ΔU(i)等效北向陀螺零漂εN(i)的估计值由以下公式得出：其中，ωie为地球角加速度，RWE为卯酉圈半径，ΔU(i)第i个位置下的为等效天向加表零偏，εN(i)为第i个位置下的等效北向陀螺零漂。上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，激光捷联惯组的误差参数ηΔ1,ηΔ2,ηε1的估计值由以下公式得出：上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，利用扩张状态观测器提取第i位置下速度误差微分信号δVU(i),δVN(i)的一阶导数和δVE(i)的二阶导数的方法为：用二阶ESO提取δVU(i),δVN(i)的一阶微分信号：z12作为或用三阶ESO提取δVE(i)的二阶微分信号：输出z23作为其中β1,β2,β3为扩张状态观测器的参数。上述激光捷联惯组误差参数快速标定方法中，所述利用最小二乘多项式拟合方法提取第i位置下速度误差微分信号δVU(i),δVN(i)的一阶导数和δVE(i)的二阶导数的方法为：其中h为速度输出步长，kh为总导航时间，a12,a23,a32分别作为根据本专利技术的另一方面，还提供了一种激光捷联惯组误差参数快速标定系统，包括：导航计算模块，用于使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，在每种姿态下均进行导航计算，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息、速度输出信息和位置输出信息；第一估计值计算模块，用于根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值；第二估计值计算模块，用于根据M,N的估计值以及等效天向加表零偏、等效北向陀螺零漂计算激光捷联惯组的误差参数的估计值；标定模块，用于将步激光捷联惯组的误差参数的估计值作为标定结果提供给诸元进行装订，完成对激光捷联惯组误差参数的快速标定。根据本专利技术的又一个方面，提供了一个或多个机器可读介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得设备执行本专利技术的一个方面的一个或多个的方法。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术通过利用扩张状态观测器方法或最小二乘多项式拟合方法提取速度误差微分信号的多位置标定算法，该方法在外场没有高精度测试设备条件下，利用载体本身滚动和俯仰变化产生的多个位置粗对准、速度、位置等输出信息实现了对惯组加表零偏、加表标度因数误差和陀螺零偏等激光捷联惯组误差参数进行快速标定，不仅提高了标定效率，并且具有较高的标定精度。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置1时的姿态示意图；图2是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置2时的姿态示意图；图3是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置3时的姿态示意图；图4是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置4时的姿态示意图；图5是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置5时的姿态示意图；图6是本专利技术实施例提供的捷联惯组在位置6时的姿态示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。激光捷联惯组的误差模型为：陀螺的误差模型：Ngx＝Kgx·(D0x+ωX+EYxωY+EZxωZ)Ngy＝Kgy·(D0y+EX本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，在每种姿态下均进行导航计算，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息、速度输出信息和位置输出信息；(2)根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值，其中M,N为估计时的系数矩阵；(3)利用步骤(2)得到的M,N的估计值以及等效天向加表零偏、等效北向陀螺零漂计算激光捷联惯组的误差参数的估计值；(4)将步骤(3)得到的激光捷联惯组的误差参数的估计值作为标定结果提供给诸元进行装订，完成对激光捷联惯组误差参数的快速标定。

【技术特征摘要】
1.一种激光捷联惯组误差参数快速标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，在每种姿态下均进行导航计算，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息、速度输出信息和位置输出信息；(2)根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值，其中M,N为估计时的系数矩阵；(3)利用步骤(2)得到的M,N的估计值以及等效天向加表零偏、等效北向陀螺零漂计算激光捷联惯组的误差参数的估计值；(4)将步骤(3)得到的激光捷联惯组的误差参数的估计值作为标定结果提供给诸元进行装订，完成对激光捷联惯组误差参数的快速标定。2.根据权利要求1所述的激光捷联惯组误差参数快速标定方法，其特征在于：在步骤(1)中，摆放系统使得激光捷联惯组姿态依次处于六种姿态，姿态1为滚动0°、俯仰0°、偏航0°；姿态2为滚动20°、俯仰0°、偏航0°；姿态3为滚动20°、俯仰90°、偏航0°；姿态4为滚动20°、俯仰-90°、偏航0°；姿态5为滚动70°、俯仰90°、偏航0°；姿态6为滚动70°、俯仰-90°、偏航0°；在每种姿态下均进行导航计算，导航时间为8-10分钟，记录六种姿态导航过程中的粗对准姿态信息速度输出信息和位置输出信息其中，θ为俯仰角、ψ为偏航角、γ为滚动角；VE为东向速度、VN为北向速度、VU为天向速度；λ为纬度，为经度，h为高度。3.根据权利要求2所述的激光捷联惯组误差参数快速标定方法，其特征在于：在步骤(2)中，根据粗对准姿态信息获得M,N的估计值，并得到等效天向加表零偏和等效北向陀螺零漂的估计值包括：根据第i个位置的粗对准姿态信息获得M,N的估计值再利用扩张状态观测器方法或最小二乘多项式拟合方法提取第i个位置下天向速度和北向速度误差微分信号δVU(i),δVN(i)的一阶导数和东向速度误差微分信号δVE(i)的二阶导数，并得到第i个位置下等效天向加表零偏ΔU(i)等效北向陀螺零漂εN(i)的估计值4.根据权利要求3所述的激光捷联惯组误差参数快速标定方法，其特征在于：M,N由以下公式得出：其中，[c31(i)c32(i)c33(i)]和[c21(i)c22(i)c23(i)]分别为第i个位置的[c31c32c33]和[c21c22c23]，c31＝-sinγcosθ,c32＝sinθ,c33＝cosγcosθ,...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷旭亮，陆煜明，武雨霞，王媚娇，陈光，陶彧敏，曲丹丹，安虹达，
申请(专利权)人：北京航天时代激光导航技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11