[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的光纤捷联惯导系统现场标定方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性技术领域，涉及一种光纤捷联惯导系统的现场标定方法，可在现场没有转台和地理基准的情况下标定出光纤陀螺和加速度计各项误差参数。

背景技术

光纤陀螺具有全固态结构、启动速度快、动态范围宽、抗振动冲击及成本低等优点，已成为惯性器件重要的发展方向。近年来，光纤陀螺技术的迅猛发展推动了光纤捷联惯导系统在航空航天、航海和军事领域的应用。光纤捷联惯导系统的误差源主要来自于惯性器件，其中大部分误差可以通过标定技术进行补偿。目前在工程上应用最为广泛的是基于转台的实验室标定方法，该方法对转台设备的依赖性较高，一般只能在实验室进行，但是能标定出系统较为全面的误差参数，是光纤捷联惯导系统投入使用的重要前提。

然而，在实际应用过程中，光纤捷联惯导系统的各项误差参数并不是固定不变的，主要包括陀螺和加速度计的常值偏置、标度因数和安装误差等。由于系统的使用、器件老化、长时间贮存以及应用环境的变化等原因，这些参数会发生变化或存在残差，尤其是陀螺漂移和加速度计零偏，每次启动都不相同，时间间隔越长变化越大，通常光纤捷联惯导系统需要周期性地进行校标和测试，一般三个月或者半年一次。采用传统的方法需要将系统频繁地返回实验室标定，不但会耗费人力和成本，而且影响系统的实际使用。因此，采用现场标定技术，可以有效克服这些不足，在光纤捷联惯导系统使用现场，完成对惯性器件各项误差参数残差的辨识，提高惯导系统实际使用精度。

参考文献[1]（公开号为CN101021546A，名称为：光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法）中，采用光纤陀螺惯性测量单元（IMU）在六个位置上进行12次旋转，然后根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程，通过旋转积分和对称位置误差相消，消除方程中的非线性项，最终求出陀螺标度因数、陀螺常值漂移、陀螺安装误差和加速度计常值偏置等15个误差系数。但是该方法不能够标定出加速度计通道的标度因数和安装误差。

参考文献[2](测控技术，2011年第30卷第5期,颜开思,李岁劳,龚柏春,贾继超.基于平台和六面体的惯导系统现场标定技术,[J],106-109)中，通过翻转六面体使对称位置误差相消，并且在对准中获取姿态信息，同时精确标定出陀螺漂移和加速度计零偏。最后对理论分析结果进行了仿真验证，仿真结果表明该方案可以实现外场条件下的陀螺漂移和加速度计零偏的精确标定。但是该方法不能够标定出陀螺、加速度的标度因数和安装误差。

参考文献[3](吴赛成,秦石乔,王省书,胡春生,激光陀螺惯性测量单元系统级标定方法[J].中国惯性技术学报,2011,19(2):185-189),该文献建立了附加约束条件的陀螺和加速度计安装坐标系数学模型，根据陀螺和加速度计的输出误差方程，以速度解算误差为观测量，从惯性导航基本误差方程出发推导了惯性测量单元的系统级误差参数标定Kalman滤波模型，该模型包含了陀螺和加速度计零偏、比例因子、安装误差在内共21维标定误差状态变量。但是该方法标定步骤较多，标定时间过长，缺少实例验证。

参考文献[4]（公开号CN102607594A，捷联惯导光纤陀螺系统误差参数现场标定方法），通过姿态测量仪器给出载体姿态角，选取姿态作为观测量，标定出光纤捷联惯导系统光纤陀螺各项误差系数。但是该方法需要现场提供高精度姿态测量辅助器件，实时精确测量载体姿态角，并且要与光纤陀螺输出值保持同步，实际应用的难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤捷联惯导系统现场标定的方法，减少甚至取消光纤捷联惯导系统周期性地返厂或返实验室校标，延长光纤捷联惯导系统的免标定周期并提高其实际使用精度。

本发明提供的方法具体包括如下步骤：

第一步：将光纤捷联惯导系统通过工装安装在固定装置上，锁紧；连接光纤捷联惯导系统、电源和采集计算机之间的线缆，并检查是否正确。

所述固定装置优选为正六面体。

第二步：将所述固定装置置于桌面或平整的地面上，手动调整固定装置，使光纤捷联惯导系统XYZ轴初始朝向分别对应东北天方向，上电预热使光纤捷联惯导系统达到热平衡状态。

第三步：向光纤捷联惯导系统装订标定现场的地理参数，包括初始的经度、纬度和高度，然后光纤捷联惯导系统进行1min的静态初始对准，以获取导航解算的初始姿态角。

第四步：手动翻转固定装置，完成12次依次翻转。翻转前后每个位置静止3-5min，并进行卡尔曼滤波修正，一共进行13次卡尔曼滤波修正。

所述翻转过程中转动角允许存在±10°误差。