本发明专利技术公开了一种基于双解算程序的光纤陀螺常值误差标定方法。该方法利用旋转机构带动惯性组件分别旋转至各轴陀螺沿导航系z轴正向和反向的六个位置，每个位置停留过程中，将一组惯性组件的测量值同时作为两组导航解算程序的输入值，其中两组程序中导航参数设定值不同。再将两组解算姿态信息进一步耦合运算，估算各轴陀螺常值漂移和刻度因数误差。本发明专利技术则是提出了在导航计算机中以一组惯性组件的测量值作为输入，同时进行两组导航程序解算，利用两组解算结果进一步估算器件误差，不需要任何外界基准信息，计算量小、简单易操作，并且两组导航解算程序具有相同的输入信息，不存在任何安装偏差和时间延迟，输出信息具有相关性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及捷联惯性导航系统的惯性组件误差测试领域，具体是一种基于双解算程序的光纤陀螺仪常值误差确定方法。
技术介绍
捷联惯性导航系统SINS作为一种不需要任何外界信息，能够连续输出载体速度、位置、姿态信息的全自主导航系统被广泛应用于航空、航天、航海等军事和民用领域。其将惯性组件(Inertial Measurement Unit,简称IMU,包括陀螺仪和加速度计)直接安装在运载体上，利用陀螺仪敏感的载体角运动信息解算得到载体系到导航系的转换矩阵，再将加速度计测量沿载体系的加速度信息投影到导航系上，投影后的加速度一次积分得到载体运动速度，二次积分得到载体位置信息。此外，利用转换矩阵与载体姿态关系可以得到载体姿态息。陀螺仪作为捷联惯导系统的核心器件，由于各种误差的存在，导致其输出信息与敏感角速度总是存在一定偏差，导致转换矩阵不准确，影响系统导航精度。标定技术作为一种惯性组件误差项测量技术，主要是通过器件误差与系统解算信息的数学关系，利用包含器件误差的导航信息来推算惯性器件各误差项。标定技术主要分为分立式标定和系统级标定。分立式标定是直接以光纤陀螺仪输出为观测量，用最小二乘法标定其系数，该方法数据处理复杂，标定精度低；系统级标定则是利用导航误差作为观测量，通过滤波等手段来估计陀螺仪误差系数，但该方法需要外界参考基准信息以得到导航误差，若基准信息不准确则会导致观测量存在误差，进而影响标定精度。因此，如何快速、有效、高精度的估算陀螺仪误差系数是一项非常重要的课题。《光电工程》2008年第35卷第I期中由刘百奇等人撰写的《光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法》，该文章将頂U在六个位置上进行十二次旋转，根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程求解出陀螺标度因数、陀螺常值漂移等误差系数。该方法不仅建立数学模型多，而且计算量大；《中国惯性技术学报》2005年第13卷第4期中由尚捷等人撰写的《捷联惯导现场最优标定方法研究》，该文章研究了一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法，虽然该方法结构简单、易于实现，但文中并没有提及虚拟噪声设定方法，不同惯性组件中引入同一组虚拟噪声是否适用有待考虑；申请号为201010523436.0的中国专利技术专利《一种光纤陀螺常值漂移标定方法》中，针对旋转调制型捷联惯导系统，提出了一种利用单轴旋转机构变换頂U姿态，在建立惯性器件偏差与失准角估值的二元一次方程组基础上，求解陀螺水平常值漂移的估算方法。该方法只能估算常值漂移，并且若系统中存在未知误差源，导致建立惯性器件偏差与失准角估值模型不准确，则会影响估算精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种基于双解算程序的光纤陀螺仪常值误差确定方法。为了估算三轴陀螺仪的常值漂移和刻度因数误差，利用旋转机构带动惯性组件分别停留在三轴陀螺仪处于朝上和朝下的六个位置。每个位置以一组惯性组件的测量值为导航计算机的输入信息，导航计算机中同时进行两组参数设定值不同的导航程序并行解算，解算姿态值做差，计算得到陀螺仪常值漂移和刻度因数误差。本专利技术提供的，包括如下步骤:步骤1:将捷联惯导系统中的惯性组件，陀螺仪和加速度计安装在三轴转台(旋转机构)上；步骤2:三轴转台带动惯性组件旋转至与当地东北天地理坐标系一致的位置，此时方位轴陀螺仪沿地理系的Ozn轴方向，定义该位置为位置A，停留时间大于两小时；步骤3:在位置A的停留时间内，以陀螺仪和加速度计敏感的角速度和线加速度信息作为导航计算中导航解算程序I的输入信息进行导航解算，其中导航参数设定为€ nl，得到载体姿态9A1、4>a1> ￥a1o其中，0 > 4) > ￥分别表不纵摇角、横摇角、方位角，角标A表示在位置A解算结果，角标I表示导航解算程序I解算结果；步骤4:在位置A的停留时间内，与步骤3同步进行。以步骤3中同一组惯性组件测量值作为导航计算机中导航解算程序2的输入信息进行导航解算，其中导航参数设定为12、Wn2，得到载体姿态e A2> $A2、Va20角标2表示导航解算程序2解算结果；步骤5:利用步骤3与步骤4得到的两组姿态信息，耦合运算，得到陀螺仪沿0\轴输出误差。其中，n表示导航系，Ozn表示沿n系Oz轴方向。计算方式如下，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双解算程序的光纤陀螺常值误差标定方法，具体包括如下步骤：步骤1：将捷联惯导系统中的惯性组件，陀螺仪和加速度计安装在三轴转台上；步骤2：三轴转台带动惯性组件旋转至与当地东北天地理坐标系一致的位置，设该位置为位置A，停留时间大于两小时；在位置A处，陀螺仪沿导航系z轴的输出误差为：ϵzAn=ϵz0+δKgzωz---(1)其中，表示在位置A处陀螺仪沿导航系z轴的输出误差；εz0、δKgz分别表示方位轴陀螺仪的常值漂移和刻度因数误差；ωz表示方位轴陀螺仪敏感角速度信息，Ω表示地球自转角速度，表示载体所在地理纬度；步骤3：在位置A的停留时间内，通过导航解算程序1进行导航解算，利用惯性组件测量信息解算载体姿态信息，具体过程如下：首先更新角速度：ωnss=ωiss-(Cs(A)n)T(ωien+ωenn)-(Cs(A)n)Tωcn---(2)其中，i表示地心惯性系，e表示地球坐标系，s表示IMU坐标系，n表示导航坐标系，表示位置A处s系到n系转换矩阵；·T表示矩阵转置；为控制角速率在n系上的投影；表示IMU相对导航系旋转角速度在IMU系投影；表示由于载体运动导致导航系变化角速度在导航系投影；为地球自转角速度在n系投影；地球自转角速度在导航系投影更新：其中：vx＝δvx，vy＝δvy，vj、δvj分别表示惯导系统解算速度和速度误差，j＝x,y；更新过程为：其中，R表示地球半径；控制角速率在导航坐标系oxn轴、oyn轴、ozn轴上的分量和更新为：其中，k1＝k2＝2ξ1ωn1、k1、k2、kE、kN、kU为在导航解算程序1的罗经参数，ξ1、ωn1表示导航参数，取值范围分别为ξ1∈(0,1)、ωn1∈(0,1)；s表示复数域参变量；g表示重力加速度；采用更新四元数法更新捷联矩阵设载体坐标系相对导航坐标系的转动四元数Q为：Q＝q0+q1ib+q2jb+q3kb?????????????（6）其中，q0、q1、q2和q3为四元数的四个实数；ib、jb和kb分别表示oxs轴、oys轴和ozs轴上的单位方向向量；四元数Q的及时修正：q.0q.1q.2q.3=120-ωnsxs-ωnsys-ωnszsωnsxs0ωnszs-ωnsysωnsys-ωnszs0ωnsxsωnszsωnsys-ωnsxs0q0q1q2q3---(7)其中，表示IMU系相对导航坐标系的旋转角速度在载体坐标系oxs轴、oys轴、ozs轴上的分量；分别表示q0、q1、q2、q3的微分量；通过（7）式，利用陀螺仪测量值间接计算得到的求解微分方程，得到四元数q0、q1、q2、q3更新结果；更新捷联矩阵Cs(A)n=q02+q12-q22-q322(q1q2-q0q3)2(q1q3+q0q2)2(q1q2+q0q3)q02-q12+q22-q322(q2q3-q0q1)2(q1q3-q0q2)2(q2q3+q0q1)q02-q12-q22+q32---(8)更新载体姿态信息：θA1=arcsin(c33)φA1=arctan(c32/c31)ψA1=arctan(c13/c23)---(9)其中，θA1、φA1、ψA1为导航程序1解算载体的纵摇角、横滚角、航向角；cij表示中 第i行第j列矩阵元素，i,j＝1,2,3；利用加速度计测量比力通过矩阵转换：fn=Cs(A)nfs---(10)其中，fn、fs分别表示加速度计测量比力在n系和s系投影；利用下列微分方程求解载体运动速度：v·xv·yv·z=fxnfynfzn-00g+02ωiezn-(2ωieyn+ωenyn)-ωiezn02ωiexn+ωenxn2ωieyn+ωenyn-(2ωiexn+ωenxn)0vxvyvz---(11)其中，分别表示加速度计测量比力在导航坐标系oxn轴、oyn轴、ozn轴上的分量；g为重力加速度；和分别表示地球自转角速度在导航坐标系oxn轴、oyn轴、ozn轴上的分量；分别表示由于载体运动导致导航坐标系相对地球坐标系变化的旋转角速度在导航坐标系o...
【技术特征摘要】
1.一种基于双解算程序的光纤陀螺常值误差标定方法，具体包括如下步骤: 步骤1:将捷联惯导系统中的惯性组件，陀螺仪和加速度计安装在三轴转台上； 步...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙枫，王秋滢，齐昭，高伟，高峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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