[发明专利]一种基于姿态观测的冗余惯导系统光纤陀螺系统级标定方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，特别是涉及一种基于姿态观测的冗余惯导系统光纤陀螺系统级标定方法。

背景技术

惯性技术是一项涉及多学科的综合技术，它是惯性导航和惯性制导技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及有关系统和装置技术的统称。惯性导航系统依靠自身的惯性敏感元件，不依赖任何外界信息测量导航参数，因此它不受天然的或人为的干扰，具有很好的隐蔽性，是一种完全自主式的导航系统。

惯性导航系统标定是通过比较系统中惯性器件的输出和已知参考输入，确定一组参数使惯导系统输出与输入相吻合的过程，惯导系统标定的理论基础是系统辨识和参数估计，其目的是确定惯性器件组合的数学误差模型或误差数学的模型参数。惯导系统使用之前必须进行标定，对器件零偏、标度因数、安装失准角等参数进行补偿。冗余惯导系统中器件安装方式与三轴惯导系统有较大差异，传统的标定方法在冗余惯导系统中实现起来特别繁琐，而且精度较低。因此，新的适用于冗余系统的标定方法已成为必然需求。

惯导系统常用标定方法主要有：分立式标定法、模观测标定方法、系统级标定方法等。

分立式标定方法也称为基于转台标定方法，需要转台为系统提供标准输入信息，对转台精度要求较高，同时，分立式标定过程依赖转台，一般只能在实验室进行。

模观测标定方法是指基于惯导系统输入加速度、角速度激励的模分别和加速度计比力测量、陀螺角速度测量的模相等的原理，以输入加速度、角速度的模作为观测，计算惯导系统参数的方法。目前模观测标定计算采用迭代算法，其收敛性严重依赖标定参数初值。

系统级标定方法主要基于导航解算误差的原理：惯导系统进入导航状态之后，其参数误差(惯性器件参数误差、初始对准姿态误差，初始位置误差等)经由导航解算会传递到导航结果(位置、速度、姿态等)中去，表现为导航误差，如能获取导航误差的全部或部分信息，就可能对惯导系统参数做出估计。系统级标定方法降低了对转台的精度要求，利用低精度转台就可以达到较高的标定精度，因此是现场标定的理想方法。

系统级标定方法相对于其他标定方法拥有较大优势，在现场标定和高精度标定的场合，系统级标定将占据重要地位。在冗余系统或者特定场合(如空间用单表陀螺等)中，光纤陀螺并不一定按照笛卡尔坐标系正交安装，而是采用特定的斜置安装方式以满足特定需求、提高系统可靠性和精度，传统意义上标定方法相对繁琐、精度低甚至不再适用，因此，斜置光纤陀螺高精度系统级标定方法拥有重大需求。

发明内容

本发明的目的在于提高冗余型光纤捷联惯性导航系统斜置光纤陀螺初始标定精度，提供了一种基于姿态观测的冗余惯导系统光纤陀螺系统级标定方法，它是一种适用于冗余光纤惯性导航系统斜置光纤陀螺系统级精标定方法。

本发明一种基于姿态观测的冗余惯导系统光纤陀螺系统级标定方法，该方法体步骤如下：

步骤一：将惯导系统安装在转台上，确定载体的初始位置参数，包括经度、纬度等；

步骤二：确定光纤陀螺轴向与惯导系统本体坐标系安装关系即安装角，计算安装矩阵；

步骤三：惯导系统预热，在已有光纤陀螺粗略标定参数(零偏、标度因数、失准角等)基础上(粗标定完成)，准备采集光纤陀螺输出数据进行精标定；

光纤陀螺输出的数据为载体相对于惯性参考系的角速度

步骤四：使惯导系统位于某一固定位置(如东、北、天位置)，采集光纤陀螺输出数据，以转台姿态角与惯导系统姿态角之间误差作为观测量，标定光纤陀螺零偏误差并实时补偿；

步骤五：在东、北、天坐标系下绕X轴以角速度ω(角速度ω应远大于地球转速，忽略地球转速影响)旋转一周，以转台姿态角与惯导系统姿态角之间的误差作为观测量，进行第一次标定参数修正；

步骤六：在东、北、天坐标系下绕Y轴以角速度ω(角速度ω应远大于地球转速，忽略地球转速影响)旋转一周，以转台姿态角与惯导系统姿态角之间的误差作为观测量，进行第二次标定参数修正；

步骤七：在东、北、天坐标系下绕Z轴以角速度ω(角速度ω应远大于地球转速，忽略地球转速影响)旋转一周，以转台姿态角与惯导系统姿态角之间的误差作为观测量，进行第三次标定参数修正；

步骤八：通过步骤七的第三次标定参数修正，得到斜置光纤陀螺高精度的标定参数(零偏、标度因数、失准角)结果。

其中，步骤四至步骤七中采用基于卡尔曼滤波技术的误差标定方法，利用转台姿态角与系统姿态角之间的误差作为观测量，通过卡尔曼滤波迭代，估计光纤陀螺零偏误差、标度因数误差及失准角，对光纤陀螺粗标定结果进行修正。具体步骤如下：