[发明专利]一种移动平台测试系统及误差补偿算法

权利要求书

1.一种移动平台测试系统，包括监控基准站和固定在移动平台上的移动站，监控基准站包括与监控计算机连接的基站数传电台和差分GPS基准站，移动站包括与导航计算机连接的光纤陀螺数据采集处理单元、加速度计数据采集处理单元以及卫星定位导航单元，卫星定位导航单元连有导航天线，导航计算机通过通信控制器连接移动站数传电台，其特征在于，光纤陀螺数据采集处理单元与加速度计数据采集处理单元通过IMU补偿单元与导航计算机连接。

2.根据权利要求1所述移动平台测试系统，其特征在于，卫星定位导航单元同时接收GPS和GLONASS卫星星历，GPS和GLONASS双系统卫星天线分别固定在移动平台前后两端。

3.根据权利要求1所述移动平台测试系统，其特征在于，卫星定位导航单元和导航计算机连有数据存储单元。

4.根据权利要求1所述移动平台测试系统，其特征在于，移动平台控制设备连有传感器，传感器通过接口转换电路与通信控制器连接。

5.根据权利要求1所述移动平台测试系统，其特征在于，光纤陀螺数据采集处理单元采用三只光纤陀螺，加速度计数据采集处理单元采用三只石英加速度计，光纤陀螺与石英加速度计分别连有温度传感器。

6.一种根据权利要求1所述移动平台测试系统的误差补偿算法，其特征在于，所述算法包括如下步骤：

(1)建立捷联惯导误差方程，并输出纬度误差和经度误差δλ；地理坐标系北向、东向和指向地心速度误差δV_N、δV_E和δV_D；姿态误差角Φ_N、Φ_E和Φ_D；

式中，为真实纬度；f_N、f_E和f_D分别为加速度计输出；和为加速度计零位误差；R为地球半径；d为航行深度；

(2)建立GPS误差方程；并输出GPS纬度、经度和高度的误差和东向、北向和天向的速度误差δv_EGPS、δv_NGPS和δv_UGPS；

GPS的位置误差方程，

δL·GPS=-δLGPSτLGPS+wLGPSδλ·GPS=-δλGPSτλGPS+wλGPSδh·GPS=-δhGPSτhGPS+whGPS]]>

式中，τ_LGPS、τ_λGPS和τ_hGPS为相关时间；w_LGPS、w_λGPS和w_hGPS为白噪声过程；

GPS的速度误差方程，

δv·EGPS=-δvEGPSτvEGPS+wvEGPSδv·NGPS=-δvNGPSτvNGPS+wvNGPSδv·UGPS=-δvUGPSτvUGPS+wUGPS]]>

式中，τ_vEGPS、τ_vNGPS和τ_vUGPS为相关时间；w_vEGPS、w_vNGPS和w_UGPS为白噪声过程；

(3)建立INS系统方程，输出INS误差；包括X_INS系统方程，W_INS噪声阵，G_INS噪声分配阵和F_INS系统分配阵；

选择位置误差、速度误差、姿态误差、陀螺漂移和加速度计误差作为状态量，如下所示：

状态方程为

X·INS=FINSXINS+GINSWINS]]>

式中，系统噪声为

W_INS＝[w_gx w_gy w_gz w_rx w_ry w_rz w_ax w_ay w_az]^T

系统噪声的分配阵为

GINS=06×306×306×3-Cbn03×303×303×303×303×303×3I3×303×303×303×3I3×3]]>

F_INS的非零元素为

F1,4=1R-d]]>

F_3，6＝1F4,4=VDR-d]]>

F4,6=VNR-d]]>F_4，8＝-f_D

F4,18=Cbn(1,3)]]>

F4,18=Cbn(1,3)]]>

F_5，7＝f_D

F_5，9＝-F_NF5,16=Cbn(2,1)]]>F5,17=Cbn(2,2)]]>

F5,18=Cbn(2,3)]]>F6,4=-2VNR-d]]>

F_6，7＝-f_E F_6，8＝f_N

F6,16=Cbn(3,1)]]>F6,17=Cbn(3,2)]]>F6,18=Cbn(3,3)]]>

F7,5=1R-d]]>

F7,9=VNR-d]]>F7,10=-Cbn(1,1)]]>F7,11=-Cbn(1,2)]]>

F7,12=-Cbn(1,3)]]>F7,13=-Cbn(1,1)]]>F7,14=-Cbn(1,2)]]>

F7,15=-Cbn(1,3)]]>F8,4=-1R-d]]>

F8,10=-Cbn(2,1)]]>F8,11=-Cbn(2,2)]]>

F8,12=-Cbn(2,3)]]>F8,13=-Cbn(2,1)]]>F8,14=-Cbn(2,2)]]>

F8,15=-Cbn(2,3)]]>

F9,7=-VNR-d]]>F9,10=-Cbn(3,1)]]>

F9,11=-Cbn(3,2)]]>F9,12=-Cbn(3,3)]]>F9,13=-Cbn(3,1)]]>

F9,14=-Cbn(3,2)]]>F9,15=-Cbn(3,3)]]>F13,13=-1τg]]>

F14,14=-1τg]]>F15,15=-1τg]]>

(4)建立GPS系统方程，输出GPS误差；包括X_GPS系统方程，F_GPS系统分配阵，W_GPS噪声阵；

选取GPS导航系统的经纬度、海拔高度和速度误差作为状态量，如下所示：

X_GPS＝[δL_GPS δλ_GPS δh_GPS δv_NGPS δv_EGPS δv_UGPS]^T

GPS的状态方程为

X·GPS=FGPSXGPS+WGPS]]>

式中，

FGPS=diag[-1τLGPS-1τλGPS-1τhGPS-1τvNGPS-1τvEGPS-1τUGPS]T]]>

W_GPS＝[w_LGPS w_λGPS w_hGPS w_vNGPS w_vEGPS w_vUGPS]^T

(5)建立量测方程；

将步骤3)惯导和与步骤4)GPS的位置与速度差作为量测量，建立量测方程；确定测量值、误差、和真实值的关系，将真实值作为系统的最后处理结果输出：

ZG=H4HGPSXINSXGPS+VGPS]]>

式中，

H₄＝[I_6×6 0_6×12]

H_GPS＝[-I_6×6]