一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于回溯理论的IMU全参数误差的快速标定方法，本发明专利技术设计了一种三位置下正反旋转的的标定轨迹，通过惯性组件误差传播规律分析误差状态的可观测性，基于回溯框架理论的标定方法可以短时间内快速标定IMU全参数误差。本发明专利技术的有益效果为：基于系统级的标定方法可以标定出光纤陀螺与加速度计的零位误差，刻度因子误差，安装误差以及加速度计在动态环境下的杆臂误差；本发明专利技术简化了标定轨迹的编排，极大的缩短了标定时间，提高了IMU误差标定的效率。

A fast calibration method of IMU full parameter error based on Backtracking theory

【技术实现步骤摘要】
一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法
本专利技术涉及标定
，特别是涉及一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法。
技术介绍
捷联惯性导航系统能够在不受外界干扰的情况下提供导航信息。然而，捷联惯性导航系统的误差会随着时间的推移而积累和发散，这将严重制约其导航性能。惯性传感器误差是捷联惯导误差发散的主要来源。误差参数的精确标定是保证惯性导航性能的关键。同时，IMU的标定也是捷联惯导系统运行前的关键环节之一，它对精度和速度要求很高。目前传统的IMU标定方法有分立式标定与系统级标定。分立式标定一般是依靠高精度转台提供位置和速率参考，标定精度受到转台的控制精度的影响。系统级通常以导航误差作为观测量，对转台的精度要求很低。虽然传统的系统级标定方法具有不依赖外部设备精度的优点，然而由于系统状态维数过高，因此计算量大，并且所需要的标定时间长，通常需要半小时甚至一小时以上的时间，才能标定出全部的IMU误差参数。同时，为了激励出所有的误差参数，标定路径的设计也相当复杂，过长的标定时间将极大的降低导航的效率。因此，在保证精度的前提下，一种快速高效的IMU全参数误差标定方法，对于提高I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法，包括如下步骤，其特征在于：(1)建立惯性组件系统误差模型与惯性系下捷联惯导系统误差模型；(2)将惯性组件安装于转台上，初始朝向为东‑北‑天方向，使惯性组件以变角速度绕Y轴正向旋转360°，其次再绕Y轴反向旋转360°；(3)惯性组件绕Z轴正向旋转90°，使惯性组件的朝向为北‑西‑天，使惯性组件以变角速度绕X轴正向旋转360°，其次再绕X轴反向旋转360°；(4)惯性组件绕Y轴正向旋转90°，使惯性组件的朝向为地‑西‑北，使惯性组件以变角速度绕Z轴正向旋转360°，其次再绕Z轴反向旋转360°；(5)惯性组件绕Y轴反向旋转90°，再绕Z轴反向旋...

【技术特征摘要】
1.一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法，包括如下步骤，其特征在于：(1)建立惯性组件系统误差模型与惯性系下捷联惯导系统误差模型；(2)将惯性组件安装于转台上，初始朝向为东-北-天方向，使惯性组件以变角速度绕Y轴正向旋转360°，其次再绕Y轴反向旋转360°；(3)惯性组件绕Z轴正向旋转90°，使惯性组件的朝向为北-西-天，使惯性组件以变角速度绕X轴正向旋转360°，其次再绕X轴反向旋转360°；(4)惯性组件绕Y轴正向旋转90°，使惯性组件的朝向为地-西-北，使惯性组件以变角速度绕Z轴正向旋转360°，其次再绕Z轴反向旋转360°；(5)惯性组件绕Y轴反向旋转90°，再绕Z轴反向旋转90°，使惯性组件的朝向为东-北-天方向，使惯性组件以变角速度绕Y轴正向旋转360°，其次再绕Y轴反向旋转360°；(6)建立惯性组件系统误差标定的卡尔曼滤波方程；(7)设计基于回溯理论的系统级标定方法。2.根据权利要求1所述的一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，建立惯性组件误差模型具体为：将光纤陀螺的零偏误差、刻度系数误差和安装误差加入陀螺误差模型，得：其中，g表示陀螺的安装坐标系，b表示真实的传感器坐标系，表示陀螺的系统误差；表示陀螺的常值漂移误差，ωb为陀螺真实的输出，表示陀螺安装误差矩阵，表示陀螺的刻度系数误差矩阵；将加速度计的零偏误差，刻度系数误差，安装误差以及动态杆臂误差加入到误差模型中，得：其中，a表示加速度计安装坐标系，b表示真实的传感器坐标系，表示加速度计的系统误差，表示加速度计的常值零偏误差，fb表示加速度计的真实输出；表示加速度计的安装误差矩阵，表示加速度计的刻度系数误差矩阵；表示加速度计的杆臂误差矩阵；建立惯性系下姿态误差方程为：其中，ib0表示载体坐标系，是在标定过程开始时将载体坐标系的轴线固定在惯性空间中形成的，in0表示导航坐标系，是在标定过程开始时将导航坐标系的轴线固定在惯性空间中形成的，为从载体坐标系至初始时刻载体坐标系的变换矩阵，表示初始时刻的姿态矩阵，φ＝[φEφNφU]表示载体的姿态误差角；建立惯性系下速度误差方程为：其中，ib0表示载体坐标系，是在标定过程开始时将载体坐标系的轴线固定在惯性空间中形成的，in0表示导航坐标系，是在标定过程开始时将导航坐标系的轴线固定在惯性空间中形成的，fb表示载体坐标系下加速度计真实的输出。3.根据权利要求1所述的一种基于回溯理论的IMU全参数误差快速标定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将惯性组件安装于转台上，初始朝向为东-北-天方向，使惯性组件以变角速度绕Y轴正向旋转360°，其次再绕Y轴反向旋转360°，具体为：在东-北-天的朝向时，绕Y轴旋转，陀螺与加速度计的理论输出为：其中，θ为旋转角度，L是当地纬度，ωT为旋转角速度，ωis为地球自转角速度，由于ωie＜＜ωT，因此，陀螺的输出可以简化为：因此，由加速度计和陀螺引起的系统误差可以表达为：根据状态和量测之间的关系可以得到：其中，式中，γ表示横滚角；因此得到：式中，根据以上分析，得到，是不可观测的，由于αyx和βxy是相互耦合的状态量.如果将αyx视作不可观测状态,那么βxy是可观测的；在光纤陀螺中,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，张亮，朱永云，王健，李瑶，魏宏宇，张硕骁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32