[发明专利]一种基于先验信息的多光纤惯组贮存期静态快速检测方法

权利要求书

1.一种基于先验信息的多光纤惯组贮存期静态快速检测方法，假设整弹内部惯导系统包含3个惯组，分别为惯组b1、惯组b2、惯组b3，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一、建立误差模型；

石英加速度计的误差模型为：

f_bx＝A_0x+k_xxf_x+k_yxf_y+k_zxf_z

f_by＝A_0y+k_xyf_x+k_yyf_y+k_zyf_z

f_bz＝A_0z+k_xzf_x+k_yzf_y+k_zzf_z

fbxfbyfbz=A0xkxxkyxkzxA0ykxykyykzyA0zkxzkyzkzz1fxfyfz]]>

石英加速度计的误差模型考虑标度因数误差、安装误差及零偏误差；式中f_bx、f_by、f_bz分别为加速度计在载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向的比力输出，A_0x、A_0y、A_0z为载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向加速度计的零位误差，k_xx、k_yy、k_zz为载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向加速度计的标度因数误差，k_yx、k_zx、k_xy、k_zy、k_xz、k_yz为加速度计x轴相对于y轴、x相对于z轴、y轴相对于x轴、y轴相对于z轴、z轴相对于x轴、轴相对于y轴安装误差；f_x、f_y、f_z代表载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向加速度分量；

根据检测要求，简化上述误差模型，得到检测滤波器中加速度计的静态漂移误差模型为：

δfxδfyδfzn=Cbnδfxδfyδfzb=C11C12C13C21C22C23C31C32C33AXAYAZ]]>

其中，δf_x、δf_y、δf_z表示加速度计x轴、y轴、z轴3个方向的静态漂移，n坐标系表示导航坐标系，b表示载体坐标系，A_X、A_Y、A_Z代表载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向的加速度计等效零位误差项，为坐标转换矩阵；

光纤陀螺的误差模型为：

ε_bx＝B_0x+S_xxω_x+M_yxω_y+M_zxω_z

ε_by＝B_0y+M_xyω_x+S_yyω_y+M_zyω_z

ε_bz＝B_0z+M_xzω_x+M_yzω_y+S_zzω_z

ϵbxϵbyϵbz=B0xSxxMyxMzxB0yMxySyyMzyB0zMxzMyzSzz1ωxωyωz]]>

光纤陀螺的简化误差模型考虑标度因数、安装误差及零偏误差；式中ε_bx、ε_by、ε_bz为载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向的陀螺脉冲输出，B_0x、B_0y、B_0z为载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向陀螺零位误差，S_xx、S_yy、S_zz为载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向陀螺标度因数误差，M_yx、M_zx、M_xy、M_zy、M_xz、M_yz为陀螺x轴绕y轴、x轴绕z轴、y轴绕x轴、y轴绕z轴、z轴绕x轴、轴绕y轴的安装误差，ω_x、ω_y、ω_z代表载体坐标系下x轴、y轴、z轴3个方向的角速度分量；

根据检测要求，简化上述误差模型，得到检测滤波器中陀螺仪的简化误差模型为：

ϵxϵyϵzn=Cbnϵxϵyϵzb=C11C12C13C21C22C23C31C32C33BXBYBZ]]>

其中，B_X、B_Y、B_Z代表光纤陀螺x轴、y轴、z轴的等效零位误差项；ε_x、ε_y、ε_z光纤陀螺x轴、y轴、z轴3个方向的零位误差，n为表示导航坐标系，b表示载体坐标系，为坐标转换矩阵；

步骤二、在惯组上架初期，通过外部设备确定载体的初始位置，并将其装订至导航计算机，此时弹箭处于位置P1；保持整弹完全静止，对惯组进行预热，待其输出稳定后，采集各惯组的石英加速度计和光纤陀螺仪的输出数据，分别得到地球重力加速度g和地球转速ω_ie在惯组b1、惯组b2、惯组b3各自体坐标系下的投影；

所以对于惯组b1，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb1=a11xa1+b11ya1+c11za1=a11b11c11xa1ya1za1]]>

ωieb1=d11xg1+e11yg1+f11zg1=d11e11f11xg1yg1zg1]]>

其中：g_b1表示惯组b1的测得重力加速度，xa1ya1za1]]>为惯组b1体坐标系下加速度的单位矢量，ω_ieb1表示惯组b1测得的地球自转角速度，xg1yg1zg1]]>为惯组b1体坐标系下角速度的单位矢量，[a₁₁ b₁₁ c₁₁]表示重力加速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₁₁ e₁₁ f₁₁]表示地球自转角速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b2，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb2=a21b21c21xa2ya2za2]]>

ωieb2=d21e21f21xg2yg2zg2]]>

其中：g_b2表示重力加速度g在惯组b2的体坐标系下投影表示，xa2ya2za2]]>为惯组b2体坐标系下加速度的单位矢量，ω_ieb2表示地球自转角速度在惯组b2的体坐标系下的投影表示，xg2yg2zg2]]>为惯组b2体坐标系下角速度的单位矢量，[a₂₁ b₂₁ c₂₁]表示重力加速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₂₁ e₂₁ f₂₁]表示地球自转角速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b3，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb3=a31b31c31xa3ya3za3]]>

ωieb3=d31e31f31xg3yg3zg3]]>

其中：g_b3表示重力加速度g在惯组b3的体坐标系下投影表示，xa3ya3za3]]>为惯组b3体坐标系下加速度的单位矢量，ω_ieb3表示地球自转角速度在惯组b3的体坐标系下的投影表示，xg3yg3zg3]]>为惯组b3体坐标系下角速度的单位矢量，[a₃₁ b₃₁ c₃₁]表示重力加速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₃₁ e₃₁ f₃₁]表示地球自转角速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

步骤三、保持弹箭稳定在转动支架上，沿角度[θ，0，0]转动弹箭，即弹箭俯仰角转动θ，保持弹箭的偏航角和滚转角变化为0；此时弹箭处于位置P2；重复步骤二，分别计算出地球重力加速度g和地球转速ω_ie在惯组b1、b2、b3体坐标系下的投影；

对于惯组b1，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb1=a12b12c12xa1ya1za1]]>

ωieb1=d12e12f12xg1yg1zg1]]>

其中：[a₁₂ b₁₂ c₁₂]表示弹体转动到位置P2时，重力加速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₁₂ e₁₂ f₁₂]表示弹体转动到位置P2时，地球自转角速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b2，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb2=a22b22c22xa2ya2za2]]>

ωieb2=d22e22f22xg2yg2zg2]]>

其中：[a₂₂ b₂₂ c₂₂]表示弹体转动到位置P2时，重力加速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₂₂ e₂₂ f₂₂]表示弹体转动到位置P2时，地球自转角速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b3，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb3=a32b32c32xa3ya3za3]]>

ωieb3=d32e32f32xg3yg3zg3]]>

其中：[a₃₂ b₃₂ c₃₂]表示弹体转动到位置P2时，重力加速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₃₂ e₃₂ f₃₂]表示弹体转动到位置P2时，地球自转角速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

步骤四、回到初始位置P1，在位置P1的基础上沿角度[0，λ，0]转动弹箭，即弹箭滚转角转动λ，保持弹箭的俯仰角和偏航角变化为0；此时弹箭处于位置P3；重复步骤二，分别计算出地球重力加速度g和地球转速ω_ie在各惯组坐标系下的投影；

对于惯组b1，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb1=a13b13c13xa1ya1za1]]>

ωieb1=d13e13f13xg1yg1zg1]]>

其中：[a₁₃ b₁₃ c₁₃]表示弹体转动到位置P3时，重力加速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₁₃ e₁₃ f₁₃]表示弹体转动到位置P3时，地球自转角速度在惯组b1体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b2，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb2=a23b23c23xa2ya2za2]]>

ωieb2=d23e23f23xg2yg2zg2]]>

其中：[a₂₃ b₂₃ c₂₃]表示弹体转动到位置P3时，重力加速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₂₃ e₂₃ f₂₃]表示弹体转动到位置P3时，地球自转角速度在惯组b2体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

对于惯组b3，可得地球重力加速度g和地球转速ω_ie在其体坐标系下的投影为：

gb3=a33b33c33xa3ya3za3]]>

ωieb3=d33e33f33xg3yg3zg3]]>

其中：[a₃₃ b₃₃ c₃₃]表示弹体转动到位置P3时，重力加速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影，[d₃₃ e₃₃ f₃₃]表示弹体转动到位置P3时，地球自转角速度在惯组b3体坐标系下x轴、y轴、z轴的投影；

则得到，g_b1、g_b2与g_b3之间存在如下关系：

gb1=Cb1b2gb2]]>

gb2=Cb2b3gb3]]>

gb3=Cb3b1gb1]]>

ω_ieb1、ω_ieb2与ω_ieb3之间存在如下关系：

ωieb1=Tb1b2ωieb2]]>

ωieb2=Tb2b3ωieb3]]>

ωieb3=Tb3b1ωieb1]]>

其中：

a21b21c21a22b22c22a23b23c23xa2ya2za2=Cb1b2a11b11c11a12b12c12a13b13c13xa1ya1za1]]>

d21e21f21d22e22f22d23e23f23xg2yg2zg2=Tb1b2d11e11f11d12e12f12d13e13f13xg1yg1zg1]]>

计算可得：

Cb1b2=C11C12C13C21C22C23C31C32C33=a21b21c21a22b22c22a23b23c23a11b11c11a12b12c12a13b13c13-1]]>

Cb2b3=C11′C12′C13′C21′C22′C23′C31′C32′C33′=a31b31c31a32b32c32a33b33c33a21b21c21a22b22c22a23b23c23-1]]>

Cb3b1=C11′′C12′′C13′′C21′′C22′′C23′′C31′′C32′′C33′′=a11b11c11a12b12c12a13b13c13a31b31c31a32b32c32a33b33c33-1]]>

同理可得：

Tb1b2=T11T12T13T21T22T23T31T32T33=d21e21f21d22e22f22d23e23f23d11e11f11d12e12f12d13e13f13-1]]>

Tb2b3=T11′T12′T13′T21′T22′T23′T31′T32′T33′=d31e31f31d32e32f32d33e33f33d21e21f21d22e22f22d23e23f23-1]]>

Tb3b1=T11′′T12′′T13′′T21′′T22′′T23′′T31′′T32′′T33′′=d11e11f11d12e12f12d13e13f13d31e31f31d32e32f32d33e33f33-1]]>

其中：上述六个矩阵中，为g_b1与g_b2、g_b2与g_b3、g_b3与g_b1相对位置转移矩阵，为ω_ieb1与ω_ieb2、ω_ieb2与ω_ieb3、ω_ieb1与ω_ieb3相对位置转移矩阵；

将以上六个相对位置转移矩阵作为历史先验信息进行储存，以便和检测信息比对；

步骤五、弹箭长期贮存后，在临检测阶段，按照惯组上架初期数据，采用步骤二至步骤四所述方法，对弹箭内部各惯组数据进行采集，经过计算后可得其中：弹箭贮存一段时间后，为新的g_b1与g_b2、g_b2与g_b3、g_b3与g_b1相对位置转移矩阵，为新的ω_ieb1与ω_ieb2、ω_ieb2与ω_ieb3、ω_ieb1与ω_ieb3相对位置转移矩阵；

步骤六、对当前信息进行正交化计算，得到其刻度误差和歪斜误差，分别与0值进行比对，得到正交化检测值进行比对，得到正交化检测值；将当前姿态矩阵与先验信息进行比对，计算比对检测值；

根据实际情况分别对正交化检测值以及比对检测值设定阈值，判断惯组器件指标是否在合格范围内；若三组检测值均合格，则认为三个惯组均合格；若有一组或两组检测值不合格，则认为对应惯组指标不合格，并根据其超出合格值的范围来判定该器件是否需要重新标定或者检修；若三组检测值均不合格，则认为三个惯组均不合格，并根据其超出合格值的范围来确定该惯组是否需要重新标定或者检修。