一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统及方法，其中，该系统包括实物标定系统、仿真标定系统与标定参数计算模块；其中，所述实物标定系统用于对激光惯组系统实物标定；所述仿真标定系统用于对激光惯组仿真标定方法及标定路径的验证；所述标定参数计算模块用于计算激光惯组的标定参数。本发明专利技术能够实现对激光惯组安装误差、刻度因数、零偏总共24个参数的完全标定，有效提高导航精度，显著缩短标定时间，满足客户对提高激光捷联惯组维护的简易性和维护效率的要求。

An online self calibration system and method for Laser Strapdown Inertial Navigation System

The invention discloses a system-level on-line self-calibration system and a method for Laser Strapdown Inertial unit, wherein the system comprises a physical calibration system, a simulation calibration system and a calibration parameter calculation module, wherein the physical calibration system is used for physical calibration of laser inertial unit system, and the simulation calibration system is used for laser inertial unit. The calibration parameters calculation module is used to calculate the calibration parameters of the laser inertial unit. The invention can realize the complete calibration of 24 parameters including the installation error, the calibration factor and the zero offset of the laser inertial unit, effectively improve the navigation accuracy, significantly shorten the calibration time, and meet the requirements of the customer for improving the simplicity and maintenance efficiency of the Laser Strapdown Inertial unit.

【技术实现步骤摘要】
一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统及方法
本专利技术属于激光捷联惯组系统
，尤其涉及一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统及方法。
技术介绍
传统的分立标定需要将惯组从载体上拆卸下来，耗费人力物力，为节省成本，缩短标定准备时间，自标定功能成为载体惯组的发展趋势。自标定方法是以速度为零、地理位置不变、地球自转角速率、重力场等作为基准量，在无位置速率转台等高精度标校设备的条件下，研究通过多个静态位置下的姿态角粗对准值和导航输出，对惯组的误差参数进行标定的方法。激光捷联惯导系统的自标定技术作为激光捷联惯导系统关键技术之一，其作用主要表现在以下几个方面：一、确定激光捷联惯导系统的理想测量坐标系，在理论上应与载体坐标系重合(或者必须知道与载体坐标之间的确切转换)。二、根据惯性仪表的误差模型确定激光捷联惯导的测量误差补偿模型。由于激光捷联惯导系统直接与载体固连，所以误差源相对多而复杂，因此误差补偿技术是提高捷联惯导技术之一，其补偿效果如何将决定激光捷联系统的性能。误差补偿的关键是必须准确的取得惯性仪表的误差参数值。自标定技术的理论基础是系统辨识，其目的就是确定惯性仪表和惯导系统的数学模型或误差数学模型的参数。通过设计合理的标定位置及路径，根据捷联惯导系统对应的输出值，应用系统辨识的方法，计算出误差补偿模型中各具体参数，建立误差补偿模型，实现测量误差的精确修正。目前工程中成熟应用的激光陀螺捷联系统的标定方法为分立标定方法，该方法以激光陀螺及加表的脉冲输出量为观测量，按照位置、速率标定方法对惯导系统进行标定。该标定方法物理意义明确，但是该方法工序繁琐，标定时间较长，不能反映惯导安装在载体上时实际工作状态下的误差特性。由于惯组各主要误差参数会随时间发生变化，因此，如何减少惯组的拆卸重新标定次数甚至实现不拆卸，延长激光捷联惯组的性能保持期，是目前迫切需要解决的问题。所以，激光捷联惯组误差参数的自标定理论及方法研究对提高载体的使用完好率具有重要的意义。
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，提供一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统及方法，能够实现对激光惯组安装误差、刻度因数、零偏总共24个参数的完全标定，有效提高导航精度，显著缩短标定时间，满足客户对提高激光捷联惯组维护的简易性和维护效率的要求。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系统级在线自标定系统，包括：实物标定系统、仿真标定系统与标定参数计算模块；其中，所述实物标定系统用于对激光惯组系统实物标定；所述仿真标定系统用于对激光惯组仿真标定方法及标定路径的验证；所述标定参数计算模块用于计算激光惯组的标定参数。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述实物标定系统包括转台控制模块、数据采集模块和在线导航模块；其中，转台控制模块用于控制转台的转动和锁死，使转台按预定标定路径转动；数据采集模块，用于控制计数卡产生定时中断，并对中断请求进行处理得到激光惯组输出数据；在线导航模块实时接收由数据采集模块实时采集的激光惯组输出数据，并对激光惯组输出数据进行处理得到载体的姿态、速度及位置信息。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述转台控制模块包括通信协议模块和转角控制模块；其中，转角控制模块接受从惯组计算机或地面测试计算机经串口按通信协议模块发送过来的控制指令，控制转台转到预定角度；标定时转角控制模块将转台转停状态及所停位置实时传送给数据采集模块的定时中断服务；在非标定模式和断电时转角控制模块保证转台始终处于锁死状态。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述数据采集模块包括计数卡驱动模块和定时中断服务模块；其中，计数卡驱动模块控制计数卡产生2KHz的定时中断，定时中断产生后进入定时中断服务模块；定时中断服务模块采集陀螺和加表输出的脉冲信号，并对陀螺输出的脉冲信号进行解抖滤波，并根据不同激光惯组型号将加表输出和滤波后的陀螺输出变成适合在线导航模块使用的激光惯组输出数据，最后定时中断服务模块将转角控制模块提供的转停状态及所停位置与所采集到加表和陀螺数据作为激光惯组的输出数据输出给在线导航模块。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述在线导航模块实时接收由数据采集模块中定时中断服务实时采集的激光惯组输出数据，并且利用标定参数计算模块中的标定参数数值算法反馈的标定参数对激光惯组输出数据的刻度因数、零偏、安装误差进行修正，然后经过解析粗对准、Kalman精对准得到较准确的初始姿态矩阵后进行导航解算，导航中用四子样法实时更新载体的姿态矩阵，最后输出导航结果，即载体的姿态、速度及位置信息；同时将采集的激光惯组的输出数据和导航结果保存成数据文件，供后续的分析和标定参数计算模块使用；在线导航模块还接收标定终止判据输出的未达到判据要求的标志，进行导航解算，再将导航结果传给标定参数计算模块。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述仿真标定系统包括仿真数据生成模块和离线导航模块；其中，仿真数据生成模块用于产生供仿真实验用的加表和陀螺输出的脉冲数据；离线导航模块用于读取仿真数据生成模块产生的激光惯组仿真输出数据，并进行导航解算，再将导航结果保存成文件，供标定参数据计算模块的导航误差微分信号提取调用；离线导航模块还接收标定终止判据输出的未达到判据要求的标志，进行导航解算，再将导航结果传给导航误差微分信号提取模块。上述激光捷联惯组系统级在线自标定系统中，所述标定参数计算模块包括导航误差微分信号提取模块、标定参数计算模型和标定终止判据；其中，导航误差微分信号提取模块根据在线导航模块或离线导航模块输出导航结果提取导航速度误差的微分信号；标定参数计算模型利用微分信号计算激光惯组的标定参数；标定终止判据对标定参数计算模型计算出来的标定参数进行检验，判断所计算的标定参数是否满足标定终止判据，反馈最终标定结果；每计算一次激光惯组的标定参数之后，如果激光惯组的标定参数达不到标定终止判据，则对在线导航模块或离线导航模块中激光惯组的标定参数进行补偿，然后再进行导航，进而得到速度误差，最后再求激光惯组的标定参数，如此往复，直到满足终止条件之后结束；最终补偿后的激光惯组标定参数作为最终标定结果输出。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种激光捷联惯组系统级在线自标定方法，所述方法包括如下步骤：数据采集步骤、导航解算步骤和标定参数计算步骤。上述激光捷联惯组系统级在线自标定方法中，数据采集步骤包括：将激光惯组本体固联在转台上，转角控制模块控制转台按预定的标定路径带动激光惯组本体进行转动；同时计数卡驱动模块控制计数卡产生2KHz的定时中断，定时中断产生后进入定时中断服务模块，在定时中断服务模块中采集并记录陀螺和加表输出数据，并且将转角控制模块输出的转台状态及内外框角度这些转台信息合并作为激光惯组的输出数据输出给在线导航模块；根据刚体运动学模型以及激光惯组中激光陀螺和加表的输出特性模拟激光惯组在标定过程中输出，由加表仿真输出模型生成加表的仿真输出数据，陀螺仿真输出模型生成陀螺的仿真输出数据，两者合并作为激光惯组的仿真输出数据输出给离线导航模块。上述激光捷联惯组系统级在线自标定方法中，导航解算步骤包括：利用采集到的或者仿真生成的激光惯组输出数据，并且利用标定参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于包括：实物标定系统、仿真标定系统与标定参数计算模块；其中，所述实物标定系统用于对激光惯组系统实物标定；所述仿真标定系统用于对激光惯组仿真标定方法及标定路径的验证；所述标定参数计算模块用于计算激光惯组的标定参数。

【技术特征摘要】
1.一种激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于包括：实物标定系统、仿真标定系统与标定参数计算模块；其中，所述实物标定系统用于对激光惯组系统实物标定；所述仿真标定系统用于对激光惯组仿真标定方法及标定路径的验证；所述标定参数计算模块用于计算激光惯组的标定参数。2.根据权利要求1所述的激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于：所述实物标定系统包括转台控制模块、数据采集模块和在线导航模块；其中，转台控制模块用于控制转台的转动和锁死，使转台按预定标定路径转动；数据采集模块，用于控制计数卡产生定时中断，并对中断请求进行处理得到激光惯组输出数据；在线导航模块实时接收由数据采集模块实时采集的激光惯组输出数据，并对激光惯组输出数据进行处理得到载体的姿态、速度及位置信息。3.根据权利要求2所述的激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于：所述转台控制模块包括通信协议模块(4)和转角控制模块(5)；其中，转角控制模块(5)接受从惯组计算机或地面测试计算机经串口按通信协议模块(4)发送过来的控制指令，控制转台转到预定角度；标定时转角控制模块(5)将转台转停状态及所停位置实时传送给数据采集模块；在非标定模式和断电时转角控制模块(5)保证转台始终处于锁死状态。4.根据权利要求3所述的激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于：所述数据采集模块包括计数卡驱动模块(6)和定时中断服务模块(7)；其中，计数卡驱动模块(6)控制计数卡产生2KHz的定时中断，定时中断产生后进入定时中断服务模块(7)；定时中断服务模块(7)采集陀螺和加表输出的脉冲信号，并对陀螺输出的脉冲信号进行解抖滤波，并根据不同激光惯组型号将加表输出和滤波后的陀螺输出变成适合在线导航模块(9)使用的激光惯组输出数据，最后定时中断服务模块(7)将转角控制模块(5)提供的转停状态及所停位置与所采集到加表和陀螺数据作为激光惯组的输出数据输出给在线导航模块(9)。5.根据权利要求4所述的激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于：所述在线导航模块(9)实时接收由数据采集模块中定时中断服务(7)实时采集的激光惯组输出数据，并且利用标定参数计算模块中的标定参数数值算法(3)反馈的标定参数对激光惯组输出数据的刻度因数、零偏、安装误差进行修正，然后经过解析粗对准、Kalman精对准得到较准确的初始姿态矩阵后进行导航解算，导航中用四子样法实时更新载体的姿态矩阵，最后输出导航结果，即载体的姿态、速度及位置信息；同时将采集的激光惯组的输出数据和导航结果保存成数据文件，供后续的分析和标定参数计算模块使用；在线导航模块(9)还接收标定终止判据(3)输出的未达到判据要求的标志，进行导航解算，再将导航结果传给标定参数计算模块。6.根据权利要求1所述的激光捷联惯组系统级在线自标定系统，其特征在于：所述仿真标定系统包括仿真数据生成模块(8)和离线导航模块(10)；其中，仿真数据生成模块(8)用于产生供仿真实验用的加表和陀螺输出的脉冲数据；离线导航模块(10)用于读取仿真数据生成模块(8)产生的激光惯组仿真输出数据，并进行导航解算，再将导航结果保存成文件，供标定参数计算模块调用；离线导航模块(10)还接收标定参数计算模块输出的未达到判据要求的标志，进行导航解...

【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，管冬雪，费再慧，
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