一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法技术

本发明专利技术公开了一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法，步骤为：S1、构建IMU坐标系和旋转轴坐标系，以定义IMU与转位机构的安装误差角并确定标定模型；S2、设计标定编排并进行标定试验以获得标定数据；S3、利用Thin

【技术实现步骤摘要】
一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法


[0001]本专利技术涉及双轴旋转惯导误差标定
，特别涉及一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法。

技术介绍

[0002]双轴旋转惯导由惯性测量单元(Initial Measurement Unit，简称为IMU)和转位机构组成，工作原理为：将IMU安装在转位机构上，使IMU在导航过程中可以相对固定的坐标系轴旋转，由于IMU通过特定的旋转，将惯性器件的常值误差调制成为均值为零的周期变化量，可以在现有的惯性器件精度水平上，大大的提高双轴旋转惯导长航时的导航精度。因此，双轴旋转惯导被广泛地应用在需要高精度惯性导航系统的应用场合中，例如：舰艇、战车、飞机等运载体中。
[0003]在双轴旋转惯导的实际使用中，存在着IMU与转位机构之间有安装误差将引起双轴旋转惯导输出姿态误差的问题，严重影响双轴旋转惯导输出姿态的精度。所以，若想将双轴旋转惯导应用于具有较高姿态精度需求的应用场合中，必须对IMU与转位机构安装误差进行精确标定，并在标定后进行补偿以提高双轴旋转惯导的输出姿态精度。
[0004]授权专利技术专利CN104121926B提供了一种双轴旋转惯导系统转轴与敏感轴间安装误差角的标校方法，该方法把IMU与转位机构安装误差角分为两组内环误差角并且分为两个步骤进行分别标校，在标校的两个步骤中均需要利用导航结果和转位机构的角度输出值，存在着误差角定义复杂化、标校过程复杂、标校精度依赖于导航结果和转位机构输出值的问题。已公开专利技术专利CN109211269A公开了一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法，该方法将IMU与转位机构误差角分为旋转轴之间的非正交角和旋转轴的摆动角，然后利用标定试验标定所定义的误差角，存在着将IMU与转位机构安装误差角定义复杂化、标定过程复杂的问题。授权专利技术专利CN110567452B提供了一种激光陀螺双轴旋转惯导系统姿态误差补偿方法，该方法获得了激光陀螺IMU与转位机构间由于减振器变形带来的安装误差，但该方法无法标校IMU与转位机构间由于机械安装造成的固定安装误差。
[0005]因此，基于上述技术问题，为了克服上述现有的双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法中存在着的误差角定义复杂化、标定过程复杂、标定精度不高的问题，需要提供一种简便、高精度的双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种解决目前现有的双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法中存在着的误差角定义复杂化、标定过程复杂、标定精度不高的问题的双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法。
[0007]为此，本专利技术技术方案如下：
[0008]一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法，步骤如下：
[0009]S1、构建IMU坐标系和旋转轴坐标系，并基于坐标系定义IMU与转位机构的安装误
差角为IMU坐标系相对旋转轴坐标系的三个欧拉角，包括θ
x
、θ
y
和θ
z
；进而，确定标定模型为：式中，为在IMU坐标系中IMU相对惯性空间的角速率，为在旋转轴坐标系中转位机构相对惯性空间的角速率；
[0010]S2、设计标定编排并进行标定试验，以获得标定数据；其中，
[0011]S201、标定编排设计为：1)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝北向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出2)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝西向，Y
m
轴朝南向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出3)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝北向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出4)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝南向，Z
m
轴朝地向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出
[0012]S202、基于和在Y
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值和在Z
t
轴的分量的平均值和在在Z
t
轴的分量的平均值和在X
t
轴的分量的平均值和在X
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值构建用于计算安装误差角的非线性方程组：
[0013][0014]S203、标定试验：按照步骤S201设计的标定编排进行标定试验，试验过程中的陀螺输出数据，作为标定数据；
[0015]S3、利用Thin
‑
shell算法处理标定数据获得安装误差角；
[0016]S301、确定评价函数为：
[0017][0018]S302、设定安装误差角θ
x
、θ
y
和θ
z
的取值范围为θ
xmin
～θ
xmax
、θ
ymin
～θ
ymax
和θ
zmin
～θ
zmax
；
[0019]S303、获得安装误差角的中间值分别为：θ
xmean
＝(θ
xmin
+θ
xmax
)/2、θ
ymean
＝(θ
ymin
+θ
ymax
)/2和θ
zmean
(θ
zmin
+θ
zmax
)/2；
[0020]S304、设定θ
y
＝θ
ymean
、θ
z
＝θ
zmean
，分别计算θ
x
＝θ
xmax
、θ
x
＝θ
xmean
和θ
x
＝θ
xmin
三种情况
下对应的
[0021]S305、分别计算θ
x
＝θ
xmax
、θ
x
＝θ
xmean
和θ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法，其特征在于，步骤如下：S1、构建IMU坐标系和旋转轴坐标系，并基于坐标系定义IMU与转位机构的安装误差角为IMU坐标系相对旋转轴坐标系的三个欧拉角，包括θ
x
、θ
y
和θ
z
；进而，确定标定模型为：式中，为在IMU坐标系中IMU相对惯性空间的角速率，为在旋转轴坐标系中转位机构相对惯性空间的角速率；S2、设计标定编排并进行标定试验，以获得标定数据；其中，S201、标定编排设计为：1)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝北向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出2)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝西向，Y
m
轴朝南向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出3)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝北向，Z
m
轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出4)基于初始位置：IMU的X
m
轴朝东向，Y
m
轴朝南向，Z
m
轴朝地向，转位机构控制IMU均速绕X
m
轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕X
m
轴反向旋转三周并保存陀螺输出S202、基于和在Y
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值和在Z
t
轴的分量的平均值和在在Z
t
轴的分量的平均值和在X
t
轴的分量的平均值和在X
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值和在Y
t
轴的分量的平均值构建用于计算安装误差角的非线性方程组：S203、标定试验：按照步骤S201设计的标定编排进行标定试验，试验过程中的陀螺输出数据，作为标定数据；S3、利用Thin
‑
shell算法处理标定数据获得安装误差角；S301、确定评价函数为：S302、设定安装误差角θ
x
、θ
y
和θ
z
的取值范围为θ
xmin
～θ
xmax
、θ
ymin
～θ
ymax
和θ
zmin
～θ
zmax
；S303、获得安装误差角的中间值分别为：θ
xmean
＝(θ
xmin
+θ
xmax
)/2、θ
ymean
＝(θ
ymin
+θ
ymax
)/2
和θ
zmean
(θ
zmin
+θ
zmax
)/2；S304、设定θ
y
＝θ
ymean
、θ
z
＝θ
zmean
，分别计算θ
x
＝θ
xmax
、θ
x
＝θ
xmean
和θ
x
＝θ
xmin
三种情况下对应的S305、分别计算θ
x
＝θ
xmax
、θ
x
＝θ
xmean
和θ
x
＝θ
xmin
三种情况下对应的评价函数的数值：σ
max
、σ
mean
和σ
min
；S306、比较三个评价函数结果以确定下一次迭代的参数寻优范围：情况
①
：如果σ
min
＞σ
mean
且σ
mean
＜σ
max
，则在下一次迭代中，取θ
xmax
＝(θ
xmean
+θ
xmax
)/2且θ
xmin
＝(θ
xmean
+θ
xmin
)/2；情况
②
：如果σ
min
＜σ
mean
且σ
mean
＜σ
max
，则在下一次迭代中，取θ
xmax<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡庆中，涂勇强，杨功流，李晶，尹洪亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：