四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其中，包括：建立惯导标定补偿模型；建立惯导标定补偿误差模型；标定转序编排与数据采集，包括:四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止‑翻转‑静止的转序编排策略；将整个标定过程的四轴冗余捷联惯导输出的四路陀螺仪和四路加速度计的原始数据采集到计算机上；陀螺仪和加速度计四种组合的标定误差解算及修正。本发明专利技术利用了四轴冗余捷联惯导的粗略标定的补偿参数，借鉴非冗余的捷联惯导的系统级标定技术，实现对粗略标定参数的误差的精确估计，最终实现四轴冗余捷联惯导的系统级标定。

【技术实现步骤摘要】
四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法
本专利技术涉及一种导航技术，特别涉及一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法。
技术介绍
现有的对于一些重要设备装备的捷联惯导系统，为了提高捷联惯导的可靠性，会进行惯性器件的冗余配置，而四轴冗余配置是一种较为常用的技术方案。捷联惯导在使用前需要进行标定，目前的标定方法有分立式和系统级标定方法两大方向。分立式标定一般需在实验室条件下完成，需要高精度的且有基准三轴的转台，对标定设备的精度要求高，标定成本高，且标定精度较系统级标定低。系统级标定精度高，对转台精度要求低，有的系统级标定方法甚至不需要转台，只需人工手动翻转惯导即可实现高精度标定。目前，系统级标定方法已经逐渐应用到惯导系统的标定上。然而对于现有的四轴冗余捷联惯导，都是采用分立式的标定方法，还未有对四轴冗余捷联惯导的系统级标定的技术方案。现有的四轴冗余捷联惯导，都采用分立式标定的方法，一共标定出四组补偿参数。但是该方法对转台精度要求较高，且只能在实验室环境下进行，在实际惯导标定中非常不便。随着装备集成化程度越来越高，对装备维护要求也越来越趋向于操作简单、维护设备及维护环境易于满足的特点。目前很多设备要求免拆卸维护，或者进行大模块拆卸维护，不单独将惯导系统拆卸下来进行标定。在这种条件下，捷联惯导就失去了标定的基准，会严重影响捷联惯导的标定精度，甚至导致标定失败。而系统级标定技术恰恰可以解决无基准标定这一问题，对于一般的非冗余捷联惯导，目前已经应用了该项技术。而对于四轴冗余捷联惯导，则还未有相关技术应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，用于解决针对目前四轴冗余捷联惯导只能在进行分立式标定的技术的问题。本专利技术一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其中，包括：建立惯导标定补偿模型；建立惯导标定补偿误差模型；标定转序编排与数据采集，包括:四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略；将整个标定过程的四轴冗余捷联惯导输出的四路陀螺仪和四路加速度计的原始数据采集到计算机上；陀螺仪和加速度计四种组合的标定误差解算及修正。本专利技术，设计了一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，可实现四轴冗余捷联惯导的系统级标定，完美解决了四轴冗余惯导的只能在高精度三轴转台上标定的局限，可以在无安装基准的条件下实现精确标定。进而可大大降低对标定环境和设备的要求，更加有利于四轴冗余捷联惯导系统的维护。无具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法包括：标定环境要求：(1)双轴隔振转台；(2)隔振大理石平台，采用手工翻转(3)如果是双轴转位系统惯导在载车上标定，则需载车发动机关机，停在厂房中避免阵风影响，避免有人员上下车对载车角晃动影响。第一步，建立惯导标定补偿模型包括：首先定义惯性坐标系为i系，定义惯导坐标系为b系，惯导的三个敏感轴分别为X轴、Y轴、Z轴，且X、Y、Z轴相互垂直正交。惯导有四个陀螺仪和四个加速度计，分别为X陀螺仪、Y陀螺仪、Z陀螺仪、A陀螺仪和X加速度计、Y加速度计、Z加速度计、A加速度计，且X陀螺仪和X加速度计与b系的X轴重合，Y陀螺仪和Y加速度计与b系的Y轴重合，Z陀螺仪和Z加速度计与b系的Z轴重合，A轴为斜轴，A陀螺仪和A加速度计与惯导的三个敏感轴X、Y、Z轴呈相等角度，为54.736°。将四轴冗余捷联惯导中的任意三轴陀螺仪和加速度计组合起来，共有四种组合方式，分别为XYZ、AYZ、XAZ、XYA，因此，对四轴冗余捷联惯导进行标定时，可得出四组补偿参数。则四轴冗余捷联惯导的补偿模型为角速度通道加速度通道其中，下角标j＝XYZ、AYZ、XAZ、XYA表示四种陀螺仪和加速度计组合下的相关参数。上标b表示相关参数在b系上的投影，为惯导输出的b系相对i系的转动角速度，fb为惯导输出的比力，Ng,j表示四种组合下的三只陀螺仪输出的脉冲量，即Ng,XYZ＝[NgxNgyNgz]T，Ng,AYZ＝[NgANgyNgz]T，Ng,XAZ＝[NgxNgANgz]T，Ng,XYA＝[NgxNgyNgA]T，Ngx、Ngy、Ngz、NgA分别为X、Y、Z、A陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量，Na,j表示四种组合下的三只加速度计输出的脉冲量，即Na,XYZ＝[NaxNayNaz]T，Na,AYZ＝[NaANayNaz]T，Na,XAZ＝[NaxNaANaz]T，Na,XYA＝[NaxNayNaA]T，Nax、Nay、Naz、NaA分别为X、Y、Z、A加速度计输出的原始脉冲量，Kg,j为四种组合下角速度通道补偿矩阵，εj位四种组合下的角速度通道常值漂移，Ka,j为四种组合下的加速度通道补偿矩阵，为四种组合下的加速度通道常值偏置。四轴冗余惯导标定的目的就是求得四组精确的Kg,j，εj，Ka,j，参数，从而利用上式实现对陀螺仪和加速度计输出的原始脉冲数进行补偿，得到真实的角速度和比力fb。第二步，建立惯导标定补偿误差模型一般来说，当惯导标定参数不够准确时，解算的角速度和加速度fb也会有误差，其误差模型为其中，δKgx，δKgy，δKgz为分别为惯导角速度通道X轴、Y轴、Z轴的标度因数误差，Egxy，Egxz为惯导角速度通道X轴与惯导Y轴、Z轴的耦合误差，Egyx、Egyz为惯导角速度通道Y轴与惯导X、Z轴的耦合误差，Egzx、Egzy为惯导角速度通道Z轴与惯导X、Y轴的安装误差，为惯导输出角速度误差，为惯导X轴向输入的真实角速度，为惯导Y轴向输入的真实角速度，为惯导Z轴向输入的真实角速度，δεx、δεy、δεz分别为惯导角速度通道X、Y、Z轴残余常值零偏，δfb为加速度计输出加速度误差，为惯导X轴向输入的真实加速度，为惯导Y轴向输入的真实加速度，为惯导Z轴向输入的真实加速度，δKax，δKay，δKaz为分别为角速度通道X、Y、Z轴的标度因数误差，Eayx为惯导加速度通道Y轴与惯导X轴的耦合误差，Eazx、Eazy为惯导加速度通道Z轴与惯导X、Y轴的耦合误差，分别为惯导加速度通道X、Y、Z轴残余常值偏置。第三步，标定转序编排与数据采集四轴冗余捷联惯导初始姿态：无要求，但是如惯导安装在转台上，则需要转台平面与水平面夹角小于10°，如惯导在大理石平台上或地面手动翻转，则需要大理石平台与水平面夹角小于10°。四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略，在第一个位置静止T1时间，然后在T2时间内完成第一次翻转，然后在第二个位置再静止T1时间，然后再在T2时间内完成第二次翻转，以此类推，共翻转18次，在19个位置保持静止。一般T1要在100s以上，T2在10s以上，20s以内。翻转顺序：只需将四轴冗余捷联惯导分别沿着3个敏感轴在水平方向上正向翻转90°，再反向翻转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，包括：/n建立惯导标定补偿模型；/n建立惯导标定补偿误差模型；/n标定转序编排与数据采集，包括:/n四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略；/n将整个标定过程的四轴冗余捷联惯导输出的四路陀螺仪和四路加速度计的原始数据采集到计算机上；/n陀螺仪和加速度计四种组合的标定误差解算及修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，包括：
建立惯导标定补偿模型；
建立惯导标定补偿误差模型；
标定转序编排与数据采集，包括:
四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略；
将整个标定过程的四轴冗余捷联惯导输出的四路陀螺仪和四路加速度计的原始数据采集到计算机上；
陀螺仪和加速度计四种组合的标定误差解算及修正。


2.如权利要求1所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，建立惯导标定补偿模型包括：
首先定义惯性坐标系为i系，定义惯导坐标系为b系，惯导的三个敏感轴分别为X轴、Y轴以及Z轴，且X、Y以及Z轴相互垂直正交；惯导有四个陀螺仪和四个加速度计，分别为X陀螺仪、Y陀螺仪、Z陀螺仪以及A陀螺仪和X加速度计、Y加速度计、Z加速度计以及A加速度计，且X陀螺仪和X加速度计与b系的X轴重合，Y陀螺仪和Y加速度计与b系的Y轴重合，Z陀螺仪和Z加速度计与b系的Z轴重合，A轴为斜轴，A陀螺仪和A加速度计与惯导的三个敏感轴X、Y以及Z轴呈相等角度，为54.736°。


3.如权利要求2所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，将四轴冗余捷联惯导中的任意三轴陀螺仪和加速度计组合起来，共有四种组合方式，分别为XYZ、AYZ、XAZ以及XYA，对四轴冗余捷联惯导进行标定时，得出四组补偿参数。


4.如权利要求1所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，四轴冗余捷联惯导的补偿模型为：
角速度通道：



加速度通道：



其中，下角标j＝XYZ、AYZ、XAZ、XYA表示四种陀螺仪和加速度计组合下的相关参数，上标b表示相关参数在b系上的投影，为惯导输出的b系相对i系的转动角速度，fb为惯导输出的比力，Ng,j表示四种组合下的三只陀螺仪输出的脉冲量，即Ng,XYZ＝[NgxNgyNgz]T，Ng,AYZ＝[NgANgyNgz]T，Ng,XAZ＝[NgxNgANgz]T，Ng,XYA＝[NgxNgyNgA]T，Ngx、Ngy、Ngz、NgA分别为X、Y、Z、A陀螺仪单位时间内输出的原始脉冲量，Na,j表示四种组合下的三只加速度计输出的脉冲量，即Na,XYZ＝[NaxNayNaz]T，Na,AYZ＝[NaANayNaz]T，Na,XAZ＝[NaxNaANaz]T，Na,XYA＝[NaxNayNaA]T，Nax、Nay、Naz、NaA分别为X、Y、Z、A加速度计输出的原始脉冲量，Kg,j为四种组合下角速度通道补偿矩阵，εj位四种组合下的角速度通道常值漂移，Ka,j为四种组合下的加速度通道补偿矩阵，为四种组合下的加速度通道常值偏置；
求得四组组合的Kg,j，εj，Ka,j，参数，从而实现对陀螺仪和加速度计输出的原始脉冲数进行补偿，得到真实的角速度和比力fb。


5.如权利要求1所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，当惯导标定参数不够准确时，解算的角速度和加速度fb也会有误差，其误差模型为：






其中，δKgx，δKgy，δKgz为分别为惯导角速度通道X轴、Y轴、Z轴的标度因数误差，Egxy，Egxz为惯导角速度通道X轴与惯导Y轴、Z轴的耦合误差，Egyx、Egyz为惯导角速度通道Y轴与惯导X、Z轴的耦合误差，Egzx、Egzy为惯导角速度通道Z轴与惯导X、Y轴的安装误差，为惯导输出角速度误差，为惯导X轴向输入的真实角速度，为惯导Y轴向输入的真实角速度，为惯导Z轴向输入的真实角速度，δεx、δεy、δεz分别为惯导角速度通道X、Y、Z轴残余常值零偏，δfb为加速度计输出加速度误差，为惯导X轴向输入的真实加速度，为惯导Y轴向输入的真实加速度，为惯导Z轴向输入的真实加速度，δKax，δKay，δKaz为分别为角速度通道X、Y、Z轴的标度因数误差，Eayx为惯导加速度通道Y轴与惯导X轴的耦合误差，Eazx、Eazy为惯导加速度通道Z轴与惯导X、Y轴的耦合误差，分别为惯导加速度通道X、Y、Z轴残余常值偏置。


6.如权利要求1所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，标定环境要求包括：双轴隔振转台以及隔振大理石平台；
如惯导安装在转台上，转台平面与水平面夹角小于10°，如惯导在大理石平台上或地面手动翻转，则需要大理石平台与水平面夹角小于10°。


7.如权利要求1所述的四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法，其特征在于，四轴冗余捷联惯导的系统级标定方法采用静止-翻转-静止的转序编排策略，在第一个位置静止T1时间，然后在T2时间内完成第一次翻转，然后在第二个位置再静止T1时间，然后再在T2时间内完成第二次翻转，以此类推...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛磊，马仁冬，师兰芳，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11