[发明专利]一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法

权利要求书

1.一种基于两套旋转惯导冗余配置下的惯性器件漂移在线监控方法，其特征在于：首先，利用旋转调制技术改变惯导系统器件误差可观测性的特点，设计两套旋转惯导的冗余配置结构和惯性器件漂移的在线监控方案，构建惯性器件漂移的误差模型；其次，以两套旋转惯导的姿态、速度、位置之差作为观测量、以惯导系统的平台偏角、速度误差、位置误差、惯性器件漂移作为状态量构建卡尔曼滤波器，实现对两套惯导所有陀螺漂移和加速度计零偏的在线实时监控，并通过两套惯导系统间导航信息的比对，实现自主故障检测和隔离；

所述惯性器件漂移的在线监控方案为：1号旋转惯导系统即RINS1沿内框轴指天正反转，实现对水平方向上X轴、Y轴的惯性器件漂移的调制；2号旋转惯导系统即RINS2沿外框轴水平正反转，实现对X轴、Z轴的惯性器件漂移的调制，RINS1、RINS2的敏感轴坐标系即s系与导航坐标系即n系之间的方向余弦矩阵：

其中，为RINS1的内框光栅转角，为RINS2的外框光栅转角；为RINS1的敏感轴坐标系即s系与导航坐标系即n系之间的方向余弦矩阵；为RINS2的敏感轴坐标系即s系与导航坐标系即n系之间的方向余弦矩阵；

因此，RINS1、RINS2的敏感轴陀螺漂移在导航坐标系即n系下的投影为：

式(4)与式(5)中，ε_x1,ε_y1,ε_z1、ε_x2,ε_y2,ε_z2分别表示RINS1、RINS2的敏感轴陀螺漂移，ε_E1,ε_N1,ε_U1、ε_E2,ε_N2,ε_U2分别表示RINS1、RINS2在n系下的等效陀螺漂移；

将式(4)与式(5)作差，可得两套旋转惯导冗余配置下的导航系等效陀螺漂移为：

式(6)中，ε_E,ε_N,ε_U为两套旋转惯导冗余配置下在n系的等效陀螺漂移；

由式(6)可知，RINS1与RINS2的敏感轴陀螺漂移在导航系下表现形式不同，引起姿态误差上存在差异，因此，利用姿态量测上的差异即可分离、并监控两套系统各自的敏感轴陀螺漂移，两套系统加计零偏的监控方法与陀螺漂移原理相同；

所述卡尔曼滤波器的构建过程如下：

卡尔曼滤波器中以RINS1、RINS2的平台偏角、速度误差、位置误差、惯性器件漂移作为状态量：

其中，δφ_E,δφ_N,δφ_U分别为RINS1、RINS2的东向平台偏角、北向平台偏角、天向平台偏角之差；δV_E,δV_N,δV_U分别为RINS1、RINS2的东向速度、北向速度、天向速度之差；δλ,δL分别为RINS1、RINS2的经度、纬度之差；ε_x1,ε_y1,ε_z1、ε_x2,ε_y2,ε_z2分别为RINS1、RINS2的敏感轴陀螺漂移，分别为RINS1、RINS2的敏感轴加速度计零偏；

以RINS1、RINS2输出的姿态、速度、位置之差作为观测量：

式(11)中，δθ,δγ,δψ分别为RINS1、RINS2的俯仰角、横滚角、航向角之差；下角标中INS1、INS2分别表示RINS1、RINS2输出的导航信息；

所构建的卡尔曼滤波器中，观测量中的姿态误差角δθ,δγ,δψ与状态量中的平台误差角δφ_E,δφ_N,δφ_U具有如下转换关系：

由此，构建以两套旋转惯导的平台偏角、速度误差、位置误差、惯性器件漂移作为状态量，以两套旋转惯导的姿态、速度、位置之差作为观测量的卡尔曼滤波器，可实现对两套旋转惯导冗余配置下惯性器件漂移的在线监控和估计。