一种高精度惯性平台九位置自主标定方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，属于惯性导航技术领域，具体包括以下步骤，S1：对陀螺仪的安装误差进行分析；S2：对加速度计的安装误差进行分析；S3：构建惯性平台系统的静态误差模型；S4：基于步骤S3中的惯性平台系统的静态误差模型，构建误差系数标定的九位置数学模型；S5：对步骤S4中的误差系数标定九位置数学模型进行标定解算。本发明专利技术基于惯性平台安装误差的特点，分析了考虑安装误差平台系统的误差模型，最终提出的标定方法能够标定平台误差系数和安装误差；且经试验验证表明，该标定方法稳定性和重复性都较好，且可以放宽对惯性仪表的安装要求，保证安装精度的稳定性指标，提高惯性仪表的使用精度。提高惯性仪表的使用精度。提高惯性仪表的使用精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度惯性平台九位置自主标定方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其涉及一种高精度惯性平台九位置自主标定方法。

技术介绍

[0002]惯性导航在现代导航系统中发挥着非常重要的作用。惯性导航系统中仪表的误差决定了惯性系统的精度，因此需要对惯性仪表进行误差补偿，特别是高精度惯性平台，对加速度计和陀螺仪进行误差补偿尤为重要。
[0003]目前，惯性平台误差系数自主标定研究主要集中于陀螺仪和加速度表误差系数的标定，对仪表的安装误差的标定研究还较少。多位置标定方法是应用非常广泛的一类标定方法。北京自动控制研究所的刘西河等人在1995年提出了一种平台参数多位置自标定方法，该方法没有对参数的标定精度进行分析，也没有对模型中的二次项、交叉项进行有效激励。北京控制仪器研究所的杨立溪等人2000年对美国典型惯性平台的“三自”技术及其发展趋势进行了系统的阐述，为国内自标定自对准技术的研究发挥了方向指引作用。此外，杨立溪等人还提出一种惯性平台十六位置自标定方法，该方法可以将平台惯导的42项参数标定出来。北京自动化控制设备研究所的徐志刚等人2003年提出了一种九位置标定方法，能够标定加速度计的安装误差，标定精度可以达到1～3角分。第二炮兵工程学院的徐军辉等人也提出了一种九位置自主标定方法标定陀螺仪和加
技术实现思路
速度计的主要参数，但是没有标定出全部安装误差角。第二炮兵工程学院的肖正林等人2005年提出了一种十二位置标定方法，可以标定加速度计安装误差角。国防科技大学的杨华波2006年改进了杨立溪的十六位置方法，能够提高惯性平台的标定精度，该方法能够有效地标定出惯性平台的关键参数。第二炮兵工程学院的王俊山等人2010年提出了一种惯性平台七位置自标定方法，能够在40分钟内完成标定，标定时间比较短，具有一定的实用价值。哈尔滨工程大学的周文等人2013年对六位置和十六位置标定方法的可观测性进行了分析，并进行了仿真验证。
[0004]目前国内学者在惯导系统误差建模与参数标定方面多停留在理论分析与仿真验证，在惯性器件误差机理研究、误差模型完善、辨识方法研究和试验设计等方面还需要进一步的加强。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种结合惯性平台结构特点，稳定性和重复性好，且考虑安装误差的高精度惯性平台九位置自主标定方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0008]S1：对陀螺仪的安装误差进行分析；
[0009]S2：对加速度计的安装误差进行分析；
[0010]S3：构建惯性平台系统的静态误差模型；
[0011]S4：基于步骤S3中的惯性平台系统的静态误差模型，构建误差系数标定的九位置数学模型；
[0012]S5：对步骤S4中的误差系数标定九位置数学模型进行标定解算。
[0013]进一步的，步骤S1的具体操作包括以下步骤，
[0014]S101：将x、y、z三个陀螺仪的安装坐标系分别记为E
x
、E
y
和E
z
，其中x陀螺仪的安装误差角为E
xx
、E
xy
和E
xz
，对x陀螺仪与惯性平台之间的安装关系进行分析，则x陀螺仪的安装误差矩阵为
[0015][0016]S102：对y陀螺仪和z陀螺仪与惯性平台之间的安装关系进行分析，得到y陀螺仪和z陀螺仪的安装误差矩阵
[0017]S103：基于惯性平台台体的转动角速度在x陀螺仪敏感轴上的投影将x陀螺仪的安装误差角E
xx
、E
xy
和E
xz
简化为E
xx
和E
xz
；同理，将y陀螺仪的安装误差角简化为E
yx
和E
yz
；将z陀螺仪的安装误差角简化为E
zy
和E
zx
。
[0018]进一步的，步骤S2的具体操作包括以下步骤，
[0019]S201：将x、y、z三个加速度计的安装坐标系分别记为K
x
、K
y
和K
z
，其中x加速度计的安装误差角为K
xx
、K
xy
和K
xz
，对x加速度计与惯性平台之间的安装关系进行分析，则x加速度计的安装误差矩阵为
[0020][0021]S202：对y加速度计和z加速度计与惯性平台之间的安装关系进行分析，得到y加速度计和z加速度计的安装误差矩阵
[0022]S203：由于只有作用在加速度计敏感轴上的比力对加速度计的输出有影响，因此，将x加速度计的安装误差角简化为K
xy
和K
xz
；将y加速度计的安装误差角简化为K
yx
和K
yz
；将z加速度计的安装误差角简化为K
zy
和K
zx
。
[0023]进一步的，步骤S3的具体操作包括以下步骤，
[0024]S301：构建考虑二次项的陀螺仪静态误差模型ω
g
和考虑二次项的加速度计输出模型Z
a
；
[0025]S302：不考虑二次项误差系数，构建考虑安装误差的惯性平台系统输出模型，包括陀螺仪的误差模型Z
g
(Z
gx
，Z
gy
，Z
gz
)和加速度计的误差模型Z
a
(Z
ax
，Z
ay
，Z
az
)。
[0026]进一步的，步骤S4的具体操作包括以下步骤，
[0027]S401：构建误差系数标定的数学模型为
[0028]Z＝HX+ε
[0029]该数学模型的最小二乘解为状态变量X的最小二乘估计；
[0030]式中，Z是观测向量，表示陀螺仪和加速度计在不同标定位置处的输出，H是量测矩阵；X是状态变量，是误差系数和安装误差组成的列向量；ε为系统量测噪声，假设为零均值高斯白噪声；
[0031]S402：定义信息矩阵
[0032]M＝H
T
H
[0033]信息矩阵的条件数定义为
[0034][0035]式中，λ1、λ
n
为量测矩阵H的最大和最小奇异值；
[0036]S403：对于X轴陀螺仪，采用九位置标定时，量测矩阵H为
[0037][0038]此时信息矩阵M为
[0039][0040]式中，i＝1，2，...9，
[0041]h
i
＝[1
ꢀ‑
sinγ
i
g0ꢀ‑
cosα
i
cosγ
i
g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：对陀螺仪的安装误差进行分析；S2：对加速度计的安装误差进行分析；S3：构建惯性平台系统的静态误差模型；S4：基于步骤S3中的惯性平台系统的静态误差模型，构建误差系数标定的九位置数学模型；S5：对步骤S4中的误差系数标定九位置数学模型进行标定解算。2.根据权利要求1所述的一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括以下步骤，S101：将x、y、z三个陀螺仪的安装坐标系分别记为E
x
、E
y
和E
z
，其中x陀螺仪的安装误差角为E
xx
、E
xy
和E
xz
，对x陀螺仪与惯性平台之间的安装关系进行分析，则x陀螺仪的安装误差矩阵为S102：对y陀螺仪和z陀螺仪与惯性平台之间的安装关系进行分析，得到y陀螺仪和z陀螺仪的安装误差矩阵S103：基于惯性平台台体的转动角速度在x陀螺仪敏感轴上的投影将x陀螺仪的安装误差角E
xx
、E
xy
和E
xz
简化为E
xx
和E
xz
；同理，将y陀螺仪的安装误差角简化为E
yx
和E
yz
；将z陀螺仪的安装误差角简化为E
zy
和E
zx
。3.根据权利要求2所述的一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，其特征在于，步骤S2的具体操作包括以下步骤，S201：将x、y、z三个加速度计的安装坐标系分别记为K
x
、K
y
和K
z
，其中x加速度计的安装误差角为K
xx
、K
xy
和K
xz
，对x加速度计与惯性平台之间的安装关系进行分析，则x加速度计的安装误差矩阵为S202：对y加速度计和z加速度计与惯性平台之间的安装关系进行分析，得到y加速度计和z加速度计的安装误差矩阵S203：由于只有作用在加速度计敏感轴上的比力对加速度计的输出有影响，因此，将x加速度计的安装误差角简化为K
xy
和K
xz
；将y加速度计的安装误差角简化为K
yx
和K
yz
；将z加速度计的安装误差角简化为K
zy
和K
zx
。4.根据权利要求2所述的一种高精度惯性平台九位置自主标定方法，其特征在于，步骤
S3的具体操作包括以下步骤，S301：构建考虑二次项的陀螺仪静态误差模型ω
g
和考虑二次项的加速度计输出模型Z
a
；S302：不考虑二次项误差系数，构建考虑安装误差的惯性平台系统输出模型，包括陀螺仪的误差模型Z
g
(Z
gx
,Z
gy
,Z
gz
)和加速度计的误差模型Z
a
(Z
ax
,Z
ay
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新三，汪立新，沈强，李灿，周小刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：