[发明专利]高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法

权利要求书

1.一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、建立动态标定杆臂效应误差模型：

杆臂效应引起的加速度计误差模型表示为：

                                                      (1)

式(1)中，为杆臂长度，为陀螺仪输出的角速率，为陀螺仪输出角速率的一阶微分；

取东北天地理坐标系为导航坐标系，机体坐标系取“右前上”坐标系，则杆臂效应引起的速度误差和位置误差在导航坐标系的投影为：

    (2)

其中，为机体坐标系到导航坐标系的转换矩阵，且，为的反对称矩阵；

设在高超声速飞行器动态飞行过程中，杆臂长度的变化为随机常数，即

      (3)

考虑杆臂效应误差影响，捷联惯性导航系统的速度误差方程为：

    (4)

式(4)中，且,,分别为东北天三个方向的速度，,分别为对应的速度误差及其一阶微分；且,,分别为东北天三个方向的数学平台误差角；为加速度计输出的比力，为杆臂效应误差项；为地球自转角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；为导航坐标系相对地球坐标系的角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；且,,分别为东北天三个方向加速度计的随机误差；

步骤二、在步骤一对杆臂效应误差建模的基础上，将杆臂长度扩展为系统状态变量，构建基于杆臂效应误差模型的滤波器状态方程和位置、速度线性化量测方程：

基于杆臂效应误差建模的系统状态变量X为：

      (5)

式(5)中，为三个数学平台误差角，为三个速度误差，分别为纬度误差、经度误差及高度误差，为加速度计随机误差，分别为杆臂长度在机体坐标系三个轴上的投影；

建立惯性导航系统的误差状态方程，如式(6)所示：

    (6)

式(6)中，为系统状态变量；为状态变量的一阶导数；为系统矩阵；为噪声系数矩阵；为噪声矩阵；

采用地理系下位置与速度线性化观测原理，建立地理系下卫星导航位置观测量、速度观测量和惯性导航系统误差状态量之间的线性化量测方程：

    (7)

式(7)中，和分别为位置和速度量测矢量；和分别为位置和速度量测系数矩阵；位置和速度观测量噪声矩阵分别为和；

步骤三、在步骤二的基础上，对系统状态方程和量测方程进行离散化处理以及状态量、量测量的更新，实现对杆臂效应误差的标定与补偿。

2.如权利要求1所述的高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，其特征在于，步骤三中所述对杆臂效应误差的标定与补偿，其具体步骤为：

（301）将滤波器状态方程和量测方程离散化处理：

       (8)

       (9)

其中，为时刻惯性导航系统状态量；为时刻系统状态量；为时刻至时刻系统的状态转移矩阵；为时刻至时刻系统的噪声驱动矩阵；为时刻系统的噪声矩阵；为时刻系统的位置和速度观测量矩阵；为时刻的位置和速度量测系数矩阵；为时刻的位置和速度观测量的噪声矩阵；

（302）按照式(10)、式(11)、式(12)、式(13)对步骤（301）部分的惯性导航系统误差状态量和协方差信息的量测更新：

    (10)

       (11)

    (12)

      (13)

其中，为时刻至时刻一步预测协方差矩阵；为时刻滤波状态估计协方差矩阵；为时刻系统的噪声协方差矩阵；为时刻滤波增益矩阵；为时刻位置和速度量测噪声协方差阵；为时刻至时刻一步预测状态量；为时刻滤波状态估计协方差矩阵；为与维数相同的单位矩阵；

（303）对滤波输出的状态量进行判断，若状态量的预测值稳定则完成标定，得到对杆臂效应误差的标定结果，进入步骤（304）；若预测值不稳定，则返回步骤（302）继续对状态值进行预测估计；

（304）在步骤（303）得到对杆臂效应误差的标定结果后，暂存标定值，利用标定值对杆臂效应误差进行补偿校正，校正在一个导航解算周期内完成，误差补偿校正算法为：

        (14)

式(14)中，为误差的加速度计输出的加速度；为去除掉误差后的加速度；为加速度计的随机漂移误差，为杆臂效应误差。