一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法，包括两级优化，其中一级优化的目标是测试时间，采用Fibonacci方法，二级优化的目标是信息矩阵的行列式值，采用遗传算法来进行求解，该方法旨在解决给定试验精度要求的情况下，如何去优化测试时间的问题，也就是在保证测试精度的前提下尽可能地缩短测试时间，从而达到提高试验效率的目的。本发明专利技术在保证试验精度条件下，能够大幅减少测试时间，提高试验效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法。
技术介绍
在惯导平台系统连续翻滚自标定试验中，平台系统工作在惯性空间稳定状态，通过给陀螺加矩来实现台体相对于惯性空间的慢速连续转动，使得台体上安装的各个仪表敏感到变化的重力加速度投影和旋转角速度分量，进而激励出各个误差模型项并借助辨识方法标定出模型参数。连续翻滚自标定试验的特点是可辨识的模型参数较多、精度较高，但是存在耗时较长、标定精度对平台台体旋转轨迹的依赖性较高等缺点。
技术实现思路
基于以上不足之处，本专利技术提供一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法，在保证测试精度的前提下尽可能地缩短测试时间，从而达到提高试验效率的目的。本专利技术所采用的技术如下：一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法，包括两级优化，其中一级优化的目标是测试时间，采用Fibonacci方法，二级优化的目标是信息矩阵的行列式值，采用遗传算法来进行求解，具体步骤为：步骤一：求解计算系相对于台体系的失准角方程ψ·=ψ×ω+ϵ---(1)]]>式中ψ——台体系各轴与计算系各轴的姿态对准误差，ψ＝[ψx ψy ψz]Τ，均为小角度；ω——台体由于陀螺加矩产生的惯性角速度，ω＝[tgx tgy tgz]Τ；ε——陀螺漂移角速度总和；以上各个矢量ω和ε都是在计算坐标系下的投影，如果仅考虑三个陀螺仪的常值漂移d0x,d0y,d0z和加矩误差系数d1x,d1y,d1z，并且忽略掉高阶小量，则方程(1)简写为ψ·xψ·yψ·z≈d0x+d1xtgx-γxztgy+γxytgz-ψztgy+ψytgzd0y+d1ytgy+γyztgx-γyxtgz+ψztgx-ψxtgzd0z+d1ztgz-γzytgx+γzxtgy-ψytgx+ψxtgy---(2)]]>式中γxy——x陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；γxz——x陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyz——y陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyx——y陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzx——z陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzy——z陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；步骤二：求解台体系相对于当地地理系的欧拉角方程，假定初始对准误差为零，则a·=(-cos(c)Wx+sin(c)Wy)/cos(b)b·=-sin(c)Wx-cos(c)Wyc·=(sin(b)cos(c)Wx-sin(b)sin(c)Wy)/cos(b)-Wz---(3)]]>式中a,b,c——欧拉角，初值为零；Wx＝tgx+cos(b)cos(c)ωec+(cos(a)sin(c)+sin(a)sin(b)cos(c))ωes；Wy＝tgy-cos(b)sin(c)ωec-(cos(a)cos(c)-sin(a)sin(b)sin(c))ωes；Wz＝tgz+sin(b)ωec-sin(a)cos(b)ωes；ωec,ωes——地球自转角速度矢量在当地地理坐标系北向和朝天方向投影；步骤三：求解加速度观测误差方程，仅考虑三个加速度计的偏值误差项k0x,k0y,k0z和标度因数误差k1x,k1y,k1z，而忽略高阶误差项和高阶小量，则有y=k0x+k1xax-ψzay+ψyazk0y+k1yay-ψxaz-(αz-ψz)axk0z+k1zaz+(αy-ψy)ax-(αx-ψx)ay+ξ---(4)]]>式中y——由加速度计测量误差和台体姿态误差共同构成的加速度观测误差；y＝[Ex-ax Ey-ay Ez-az]Τ[ax ay az]Τ——重力加速度在计算系上的投影；axayaz=sin(a)sin(c)-cos(a)sin(b)cos(c)sin(a)cos(c)+cos(a)sin(b)sin(c)cos(a)cos(b)]]>ξ——测量噪声；Ex,Ey,Ez——三个加速度计输出的测量值；步骤四：求解待辨识误差项系数构成的增广状态方程θ·=0+ϵθ---(5)]]>式中θ＝[θa,θg]；θa——加速度计误差项系数；θg——代表陀螺仪误差项系数；εθ——误差项系数的随机不确定性；θa＝[αx αy αz k0x k0y k0z k1x k1y k1z]θg＝[γxy γzy γzx γyx γyz γxz d0x d0y d0z d1x d1y d1z]αx,αy,αz——加速度计坐标系相对于台体系的失准角；步骤五：将以上状态方程和观测方程转化为一类辨识模型方程，即如下离散时间非线性动态系统xk+1=f(xk,uk,k,θ),x0=x‾0---(6)]]>yk＝h(xk,uk,tk,θ)+vk,k＝0,1,…,N (7)式中tk——采样时刻；xk＝x(tk)——状态向量，为常值矢量；uk＝u(tk)——输入向量；yk＝y(tk)——k时刻的采样输出向量；vk＝v(tk)——测量噪声向量，满足E(vk)＝0，E为数学期望；Rk为已知正定对称矩阵；δk,τ=1k=τ0k≠τ;]]>θ＝[θ1θ2…θm]Τ——待辨识参数向量；步骤六：计算Fisher信息矩阵M=Eθ,Y[(∂log p(Y,θ)∂θ)(∂log p(Y,θ)∂θ)T]]]>式中Y＝{y1,y2,…,yN本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法，包括两级优化，其中一级优化的目标是测试时间，采用Fibonacci方法，二级优化的目标是信息矩阵的行列式值，采用遗传算法来进行求解，其特征在于，具体步骤为：步骤一：求解计算系相对于台体系的失准角方程ψ·=ψ×ω+ϵ---(1)]]>式中ψ——台体系各轴与计算系各轴的姿态对准误差，ψ＝[ψxψyψz]Τ，均为小角度；ω——台体由于陀螺加矩产生的惯性角速度，ω＝[tgx tgy tgz]Τ；ε——陀螺漂移角速度总和；以上各个矢量ω和ε都是在计算坐标系下的投影，如果仅考虑三个陀螺仪的常值漂移d0x,d0y,d0z和加矩误差系数d1x,d1y,d1z，并且忽略掉高阶小量，则方程(1)简写为ψ·xψ·yψ·z≈d0x+d1xtgx-γxztgy+γxytgz-ψztgy+ψytgzd0y+d1ytgy+γyztgx-γyxtgz+ψztgx-ψxtgzd0z+d1ztgz-γzytgx+γzxtgy-γytgx+γxtgy---(2)]]>式中γxy——x陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；γxz——x陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyz——y陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyx——y陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzx——z陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzy——z陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；步骤二：求解台体系相对于当地地理系的欧拉角方程，假定初始对准误差为零，则a·=(-cos(c)Wx+sin(c)Wy)/cos(b)b·=-sin(c)Wx-cos(c)Wyc·=(sin(b)cos(c)Wx-sin(b)sin(c)Wy)/cos(b)-Wz---(3)]]>式中a,b,c——欧拉角，初值为零；Wx＝tgx+cos(b)cos(c)ωec+(cos(a)sin(c)+sin(a)sin(b)cos(c))ωes；Wy＝tgy‑cos(b)sin(c)ωec‑(cos(a)cos(c)‑sin(a)sin(b)sin(c))ωes；Wz＝tgz+sin(b)ωec‑sin(a)cos(b)ωes；ωec,ωes——地球自转角速度矢量在当地地理坐标系北向和朝天方向投影；步骤三：求解加速度观测误差方程，仅考虑三个加速度计的偏值误差项k0x,k0y,k0z和标度因数误差k1x,k1y,k1z，而忽略高阶误差项和高阶小量，则有y=k0x+k1xax-ψzay+ψyazk0y+k1yay-ψxaz-(αz-ψz)axk0z+k1zaz+(αy-ψy)ax-(αx-ψx)ay+ξ---(4)]]>式中y——由加速度计测量误差和台体姿态误差共同构成的加速度观测误差；y＝[Ex‑ax Ey‑ay Ez‑az]Τ[ax ay az]Τ——重力加速度在计算系上的投影；axayaz=sin(a)sin(c)-cos(a)sin(b)cos(c)sin(a)cos(c)+cos(a)sin(b)sin(c)cos(a)cos(b)]]>ξ——测量噪声；Ex,Ey,Ez——三个加速度计输出的测量值；步骤四：求解待辨识误差项系数构成的增广状态方程θ·=0+ϵθ---(5)]]>式中θ＝[θa,θg]；θa——加速度计误差项系数；θg——代表陀螺仪误差项系数；εθ——误差项系数的随机不确定性；θa＝[αx αy αz k0x k0y k0z k1x k1y k1z]θg＝[γxy γzy γzx γyx γyz γxz d0x d0y d0z d1x d1y d1z]αx,αy,αz——加速度计坐标系相对于台体系的失准角；步骤五：将以上状态方程和观测方程转化为一类辨识模型方程，即如下离散时间非线性动态系统xk+1=f(xk,uk,k,θ),x0=x‾0---(6)]]>yk＝h(xk,uk,tk,θ)+vk,k＝0,1,…,N (7)式中tk——采样时刻；xk＝x(tk)——状态向量，为常值矢量；uk＝u(tk)——输入向量；yk＝y(tk)——k时刻的采样输出向量；vk＝v(tk)——测量噪声向量，满足E(vk)＝0，E为数学期望；Rk为已知正定对称矩阵；&delt...
【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的惯导平台系统自标定试验优化设计方法，包括两级优化，其中一级优化的目标是测试时间，采用Fibonacci方法，二级优化的目标是信息矩阵的行列式值，采用遗传算法来进行求解，其特征在于，具体步骤为：步骤一：求解计算系相对于台体系的失准角方程ψ·=ψ×ω+ϵ---(1)]]>式中ψ——台体系各轴与计算系各轴的姿态对准误差，ψ＝[ψxψyψz]Τ，均为小角度；ω——台体由于陀螺加矩产生的惯性角速度，ω＝[tgx tgy tgz]Τ；ε——陀螺漂移角速度总和；以上各个矢量ω和ε都是在计算坐标系下的投影，如果仅考虑三个陀螺仪的常值漂移d0x,d0y,d0z和加矩误差系数d1x,d1y,d1z，并且忽略掉高阶小量，则方程(1)简写为ψ·xψ·yψ·z≈d0x+d1xtgx-γxztgy+γxytgz-ψztgy+ψytgzd0y+d1ytgy+γyztgx-γyxtgz+ψztgx-ψxtgzd0z+d1ztgz-γzytgx+γzxtgy-γytgx+γxtgy---(2)]]>式中γxy——x陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；γxz——x陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyz——y陀螺输入轴绕台体z轴的安装误差角；γyx——y陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzx——z陀螺输入轴绕台体x轴的安装误差角；γzy——z陀螺输入轴绕台体y轴的安装误差角；步骤二：求解台体系相对于当地地理系的欧拉角方程，假定初始对准误差为零，则a·=(-cos(c)Wx+sin(c)Wy)/cos(b)b·=-sin(c)Wx-cos(c)Wyc·=(sin(b)cos(c)Wx-sin(b)sin(c)Wy)/cos(b)-Wz---(3)]]>式中a,b,c——欧拉角，初值为零；Wx＝tgx+cos(b)cos(c)ωec+(cos(a)sin(c)+sin(a)sin(b)cos(c))ωes；Wy＝tgy-cos(b)sin(c)ωec-(cos(a)cos(c)-sin(a)sin(b)sin(c))ωes；Wz＝tgz+sin(b)ωec-sin(a)cos(b)ωes；ωec,ωes——地球自转角速度矢量在当地...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨，于志伟，曾鸣，杨毓，王毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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