一种惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法技术方案

本发明专利技术公开了一种惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法，属于惯性导航技术领域。该方法包括以下步骤：首先建立惯性传感器的误差模型，据此建立包含惯性传感器误差状态量的卡尔曼滤波模型；随后给出了惯性传感器误差的动态激励方法；最后根据误差动态激励方法设计误差辨识动态航迹，利用卡尔曼滤波对惯性传感器误差进行在线动态辨识。本方法能够在飞行器的动态飞行过程中有效激励惯性传感器误差，实现对惯性传感器误差的在线辨识，对提高惯性导航系统导航精度具有重要参考意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于惯性导航
。该方法包括以下步骤：首先建立惯性传感器的误差模型，据此建立包含惯性传感器误差状态量的卡尔曼滤波模型；随后给出了惯性传感器误差的动态激励方法；最后根据误差动态激励方法设计误差辨识动态航迹，利用卡尔曼滤波对惯性传感器误差进行在线动态辨识。本方法能够在飞行器的动态飞行过程中有效激励惯性传感器误差，实现对惯性传感器误差的在线辨识，对提高惯性导航系统导航精度具有重要参考意义。【专利说明】
本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及一种惯性导航系统惯性传感器误差在线 动态辨识方法。
技术介绍
惯性导航系统具有测量动态范围宽、线性度好、性能稳定、全天候导航等优点，在 当代导航领域具有不可替代性。随着光学惯性器件的不断发展和计算机技术水平的日益提 高，惯性导航系统正朝着高精度、高可靠性、低成本、小型化、数字化发展，应用已越来越广 泛，但是惯性导航系统无论在元部件特性、算法原理、结构安装或其他工程环节中都不可避 免地存在误差，这些误差影响着惯性导航系统的性能，其中，惯性传感器（陀螺仪和加速度 计）的误差是影响惯性导航系统精度的主要因素，因此研究惯导系统中惯性传感器的误差 参数动态辨识方法是十分必要的，它对提高惯性导航系统的导航精度十分有益。 惯性导航系统惯性传感器误差的激励效果直接影响到其在线标定与补偿后的导 航精度和可靠性等综合性能，是惯性导航系统惯性传感器误差参数辨识的前提。为此，在研 究惯性传感器误差参数动态辨识方法的同时，需要分析并确定引起惯性导航系统惯性传感 器误差的因素，探寻动态飞行机动方式与惯性导航系统惯性传感器误差之间的关联规律， 设计合适的动态过程实现对传感器误差的有效激励，以确保飞行器在动态飞行过程中，能 够准确辨识出惯性导航系统惯性传感器误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提出一种惯性导航系统惯性 传感器误差激励及在线动态辨识方法，以有效补偿惯性传感器安装误差、刻度因子误差和 随机常值误差，提高飞行器动态飞行过程中的对导航系统导航精度。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： -种惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法，包括如下步骤： 步骤1)，建立惯性传感器的误差模型，包括陀螺和加速度计的安装误差、刻度因子 误差和随机常值误差； 步骤2)，将惯性传感器的安装误差、刻度因子误差和随机常值误差作为系统状态 变量，构建基于惯性传感器误差模型的卡尔曼滤波模型； 步骤3)，建立惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的动态激励方 法； 步骤4)，设计惯性传感器误差在线辨识动态航迹； 步骤5)，利用惯性传感器误差在线辨识动态航迹，对卡尔曼滤波模型的状态方程 和量测方程进行离散化处理以及状态量、量测量的更新，实现惯性导航系统惯性传感器误 差的在线动态辨识。 作为本专利技术进一步的优化 方案，步骤1)中所述陀螺的安装误差矩阵为 【权利要求】1. ，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1)，建立惯性传感器的误差模型，包括陀螺和加速度计的安装误差、刻度因子误差 和随机常值误差； 步骤2)，将惯性传感器的安装误差、刻度因子误差和随机常值误差作为系统状态变量， 构建基于惯性传感器误差模型的卡尔曼滤波模型； 步骤3)，建立惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的动态激励方法； 步骤4)，设计惯性传感器误差在线辨识动态航迹； 步骤5)，利用惯性传感器误差在线辨识动态航迹，对卡尔曼滤波模型的状态方程和量 测方程进行离散化处理以及状态量、量测量的更新，实现惯性导航系统惯性传感器误差的 在线动态辨识。2. 根据权利要求1所述的惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法，其特征在 于，步骤1)中所述陀螺的安装误差矩阵为别为X轴、Y轴及Z轴陀螺安装误差； 所述陀螺的刻度因子误差矩阵为分 别为X轴、Y轴及Z轴陀螺刻度因子误差； 所述陀螺的随机常值误差矩阵为分别为X轴、 Y轴及Z轴陀螺随机常值误差； 所述加速度计的安装误差矩阵为分别为 X轴、Y轴及Z轴加速度计安装误差； 所述加速度计的刻度因子误差矩阵为s KA = diag，δ ΚΑχ、δ KAy、 s KAy分别为X轴、Y轴及z轴加速度计刻度因子误差； 所述加速度计的随机常值误差矩阵为分别 为X轴、Y轴及Z轴加速度计随机常值误差。3. 根据权利要求2所述的惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法，其特征在 于，步骤2)中所述系统状态变量为：其中，分别为惯性导航系统中东向、北向和天向平台误差角状态量； SvE，δνΝ，δνυ分别为惯性导航系统中东向、北向和天向速度误差状态量；SL，δ λ，Sh 分别为惯性导航系统中经度误差、纬度误差和高度误差状态量；ebx，eby，ebz分别为惯性 导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向陀螺的随机常值误差状态量分别为惯性 导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向加速度计的随机常值误差状态量；δ Αχ，δ Ay，δ Az分别为 惯性导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向加速度计的安装误差状态量；δ KAx，δ KAy，δ KAz分别 为惯性导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向加速度计的刻度因子误差状态量；δ Gx，δ Gy，δ Gz 分别为惯性导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向陀螺的安装误差状态量；δ Kex，δ Key，δ Kte分 别为惯性导航系统中X轴、Y轴和Z轴方向陀螺的刻度因子误差状态量； 建立惯性导航系统卡尔曼滤波模型的误差状态方程为：其中，X为系统状态变量，i为状态变量X的一阶导数，F为系统矩阵，G为噪声系数矩 阵，W为噪声矩阵； 建立位置、速度、姿态全信息组合的卡尔曼滤波量测方程为：其中，量测矩阵Η为为位置量测矩阵，Ην为速度量测矩阵，Η 0为姿 态量测矩阵，量测噪声阵为位置量测噪声矩阵，Vv为速度量测噪声 矩阵，为姿态量测噪声矩阵。4.根据权利要求3所述的惯性导航系统中惯性传感器误差在线动态辨识方法，其特征 在于，步骤3)中所述惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差动态激励方法的 具体步骤如下： 步骤3. 1)，建立惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差与激励参数的关 系，误差激励参数由惯性传感器的输出和载体系到导航系的姿态转换矩阵系数构成； 陀螺的输出为分别为陀螺X轴、Y轴和Z轴方向上 的输出； 加速度计的输出为分别为加速度计X轴、Y轴和Z轴方向上 的输出；选取"东北天"地理坐标系作为导航坐标系，载体坐标系为"右前上"，载体坐标系到导 航坐标系的姿态转换矩阵?：为：其中，cn、c12、c13、c21、c 22、c23、c31、c32、c33为载体坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵 CT的各项系数，γ、Θ、Ψ分别为飞行器横滚角、俯仰角和航向角； 步骤3. 2)，建立惯性传感器输出与飞行器基本机动方式的关系； 陀螺的输出为：其中，为陀螺仪的理想输出，表示载体坐标系相对地理坐标系 的角速度在载体坐标系上的分量，为地球自转角速度在载体坐标系上的分量，辦1为地 理坐标系相对地球坐标系的角速度在载体坐标系上的分量； 加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性导航系统惯性传感器误差在线动态辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)，建立惯性传感器的误差模型，包括陀螺和加速度计的安装误差、刻度因子误差和随机常值误差；步骤2)，将惯性传感器的安装误差、刻度因子误差和随机常值误差作为系统状态变量，构建基于惯性传感器误差模型的卡尔曼滤波模型；步骤3)，建立惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的动态激励方法；步骤4)，设计惯性传感器误差在线辨识动态航迹；步骤5)，利用惯性传感器误差在线辨识动态航迹，对卡尔曼滤波模型的状态方程和量测方程进行离散化处理以及状态量、量测量的更新，实现惯性导航系统惯性传感器误差的在线动态辨识。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柏青青，熊智，华冰，邢丽，王洁，许建新，刘建业，孙永荣，赵慧，潘加亮，程娇娇，林爱军，施丽娟，孔雪博，戴怡洁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32