[发明专利]一种抑制器件斜坡误差影响的光纤捷联惯组往复式两位置寻北方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制器件斜坡误差影响的光纤捷联惯组往复式两位置寻北方法，属于惯性技术领域。

背景技术

1、光纤捷联惯导

捷联惯导是一种完全自主的导航方式，它具有不依赖外界信息，隐蔽性强，机动灵活等优点，且具备多功能参数输出；与平台惯导相比，捷联惯导系统不需要精密的稳定平台，减少了硬件结构，因而成本大大降低。光纤捷联惯导一般由三个光纤陀螺与三个加速度计组成。其中，光纤陀螺与传统的机械陀螺相比，具有无运动部件、耐冲击、抗加速运动、结构简单、寿命长、分辨率高、动态范围宽、启动时间极短等突出优点；与激光陀螺仪相比，能够有效地克服闭锁现象，易于制造，成本低，已成为新一代理想惯性器件，目前已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，未来的惯性设备领域中将占据重要地位。

2、初始对准技术

光纤捷联惯导系统是一种积分推算系统，这就需要预先给定积分初始值(包括位置、速度和姿态)。载体的位置与速度初值较容易得到，如在静止状态下开始导航时，初始速度为零，也可以利用外部数据直接装订。而初始姿态值相对而言较难得到，这时需要依赖惯导系统的初始对准过程来实现。初始对准误差是光纤捷联惯导系统主要的测量误差源，初始对准误差对系统的误差影响不仅表现在姿态测量输出上，而且表现在速度和位置测量输出上。由于初始对准的精度、对准时间直接影响导航精度和准备时间，所以初始对准技术一直是惯导系统的关键技术之一。按照对外信息需求的不同，初始对准可分为自主式对准和非自主式对准。自主式对准指惯导系统依靠重力矢量和地球自转角速度矢量就可以实现对准，而不需要其他外部信息，该方式对惯性仪表精度要求较高，对准时间通常较长；非自主式对准指通过机电或者光学方法直接引入外部姿态信息或通过引入外部主惯导的导航信息等方法来完成的初始对准。

初始对准的两项重要指标是对准时间和对准精度。对于自主式对准，为了提高初始对准的精度，一方面可以提高惯性器件的精度，但是由于提高惯性器件的精度需要增加系统的成本，此外受加工水平的限制，无限制的提高器件的精度是很难实现的；另一方面就是对影响初始对准精度的器件误差进行补偿，可以使现有精度的惯性器件达到较高精度的初始对准精度。

常用的初始对准方法有：解析式对准方法、罗经回路对准方法、方位估算方法、两位置卡尔曼滤波对准法等。在两位置卡尔曼滤波对准过程中，一般集中在对方位失准角的估计，同时还能观测一部分陀螺漂移误差。

3、惯性器件误差补偿

根据初始对准的原理，在对准过程中，惯性器件的常值误差的存在是导致寻北精度难以提高的主要因素。惯性器件的常值误差虽然可以对器件建立误差模型后，通过预先标定补偿一部分，但是由于常值误差实际上也是随时间改变的，每次上电后都不一样，如陀螺常值漂移除了有逐次启动误差外，还有逐日漂移的变化，即在一次启动后随着陀螺仪运转时间的增长，陀螺常值漂移量也在缓慢地变化着，因此标定后仍存在常值误差。在实际工程应用中，器件漂移往往不完全是常值，还伴随着随机斜坡漂移。相比常值误差，随机斜坡漂移由于随时间的变化较快，会降低寻北精度，并且一般斜率不定，依靠建模补偿比较困难，而常用的最优两位置对准无法抑制该项误差对寻北的精度影响。

通常采用卡尔曼滤波方法在线估计惯性器件的常值误差进行补偿，最常见的对准方案有最优两位置对准方案，但是最优两位置对准方案并不能解决器件随机斜坡漂移对寻北精度的影响。因此如何充分利用对准过程中的零速信息，建立合适的寻北方案消除器件斜坡漂移的影响，对于提高光纤捷联惯组的寻北精度将具有非常重要的军事意义和实用价值。

在现有的技术中，通常采用卡尔曼滤波方法在线估计惯性器件的常值误差，并进行补偿，对于固定位置的静基座对准方案，由于陀螺常值漂移与可观测程度较差，因此估计精度不高，加速度计零偏估计不出来，造成补偿效果并不理想。针对静基座捷联惯导系统初始对准时可观测性差的缺点：