[发明专利]一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法

说明书

本发明提出了一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法，通过构造多个坐标系，将安装于内框架上的IMU的轴系与内环轴和外环轴之间存在的安装偏差角，即翻滚失准角标定出来，减少了圆锥误差角对系统姿态的影响；同时，采用卡尔曼滤波方法标定旋转轴之间的非正交角和轴本身的摆动角，并利用16位置旋转法获取卡尔曼滤波过程中的观测信息及导航数据，进一步提高了系统姿态精度和系统的长航时的导航精度。

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，尤其是涉及一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法。

背景技术

双轴旋转惯导是近几年在国内兴起的导航技术。由于激光陀螺技术的成熟和广泛应用，光纤陀螺性能的不断改进，使得光学陀螺仪可以使用调制技术。在导航坐标系内，调制技术将敏感轴垂直于旋转轴的陀螺仪和加速度计的这些误差进行了调制：标度因数非对称性误差，安装误差和随机常值漂移误差。这些误差被调制平均后，可以明显的提高系统的定位精度。但是由于引入转动机构，使得很多误差变成了圆锥误差的来源，进而导致姿态误差的增加。比如，由于受到加工精度的限制和人工装调精度的影响等，安装于内框架上的IMU的轴系与内环轴和外环轴之间会存在安装偏差角，即IMU的测量轴与转轴不重合(定义该角为翻滚失准角)。

在双轴旋转惯导中，引起圆锥误差角的因素主要有两个，一个是IMU坐标系与平台坐标系之间的翻滚失准角；一个是旋转轴之间的非正交角和轴本身的摆动角。因此，为了减少圆锥误差角对系统姿态的影响，须要将失准角标定出来，同时也需要针对轴非正交角和轴摆角进行建模和标定，以进一步提高系统姿态精度和系统长航时的导航精度。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法。

本发明的主要内容包括：

一种双轴旋转惯导系统姿态角误差标定方法，包括如下步骤：

步骤1：构造坐标系，包括：

陀螺仪组件坐标系，记为G系，x_g轴，y_g轴，z_g轴分别为x陀螺仪，y陀螺仪和z陀螺仪的敏感轴；

加速度计组件坐标系，记为a系，x_a轴，y_a轴，z_a轴分别为x加速度计，y加速度计和z加速度计的敏感轴；

IMU坐标系，记为S系，所述IMU坐标系与平台固联，并随平台旋转；所述IMU坐标系的中心在IMU结构中心，且初始蚀刻，y_s轴与y_g轴重合；

实际平台坐标系，记为P系，z_p以指向“天”为正，且沿天向旋转轴，y_p为水平轴且以指向艏向为正；

调制平均坐标系，记为所述调制平均坐标系为固定坐标系，其中心在IMU加速度计组合件中心，且初始时刻，轴指向“天”，并与z_p轴重合，指向艏；

载体坐标系，记为b系，其原点在载体型心，x_b轴，y_b轴，z_b轴分别指向船的右向，艏向和天向；

系统底座坐标系，记为O系，其坐标中心与底座结构型心重合，其中，z_o轴垂直于安装底面，y_o轴平行于平台水平轴；

内框架上读角装置坐标系，记为S1系，其与读角装置固联，且随IMU一起旋转，其中，y_s1轴的方向为读角装置转子部分旋转矢量的正方向；

内框架轴坐标系，记为K1系，所述内框架轴坐标系为固定坐标系，是指内框架上的读角装置处于零位时的坐标系；