[发明专利]一种基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法

说明书

本发明提供了一种基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法，属于惯性仪表测试领域。本发明首先，IMU在卧式三轴转台上进行初始对准；其次，IMU进入导航状态，依据准D‑最优试验计划，采用基于卧式三轴转台的双轴(中环轴和内环轴)位置‑单轴(外环轴)速率翻滚法对IMU实现正六面体方案的转动激励，并在每次转动完成后，静止30s，记录导航输出的速度误差，对输出的速度误差关于时间进行二次函数拟合获取观测量；最后，采用最小二乘法，对IMU中加速度计和陀螺仪的标度因子误差、安装误差角和零偏误差等，总计21项误差模型参数进行了辨识。本发明提供的基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法，对提升惯导系统的标定精度有效可行，具有较高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法，属于惯性仪表测试领域。

背景技术

本发明所述的基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定法属于系统级标定方法。系统级标定方法的原理是根据陀螺仪和加速度计的输出值进行导航解算，解算出速度、位置、姿态等导航参数，并将这些解算结果与转台提供的载体真实值进行对比，得到系统的速度、位置、姿态测量误差，将测量误差作为系统观测量，惯性仪表待标定的误差模型系数作为状态变量，应用Kalman滤波法或者最小二乘拟合法，对状态变量进行估计，从而实现在导航过程中对惯导系统的误差补偿。因基于导航解算，该方法对转台精度要求不高，也可不依靠转台，该方法在实际生产中得到了应用，效果良好。由于陀螺仪和加速度计的12个安装误差参数中存在3组耦合关系，将影响惯性仪表的标定工作，因此，如何解决这种耦合关系也成为一个重要的问题。此外，通过试验设计，进行机械编排，可简单易行地标定IMU的误差参数，并获得较高的标定精度。

本发明采用卧式三轴转台对IMU进行系统级标定，是由于立式三轴转台外环轴在旋转时，中环轴与内环轴处于某固定位置时，重力加速度在载体坐标系下的分量是不变的，而卧式三轴转台的外环轴旋转时，同样中环轴与内环轴处于某固定位置，在载体坐标系下，将既有角速度的分量，又有交变的重力加速度的分量，在比力输入激励方面更具优势，因此，IMU在卧式三轴台上进行系统级标定更有利于误差参数的辨识。本发明针对IMU误差参数辨识，采用中、内环轴处于角位置状态，外环轴处于角速率状态的方法，设计的标定方案为：卧式三轴转台中、内环轴处于正六面体的8个顶点角位置时，使外环轴转动的角速度矢量分别指向载体系中8个顶点方向，在每个顶点方向外环轴进行0°→180°和180°→360°的2次转动的系统级标定的试验方法，该方法不仅标定方案简单易行，同时解决了IMU在系统级标定中加速度计和陀螺仪的安装误差角相互耦合的问题，且能有效抑制转台误差对IMU标定精度的影响，具有较高的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了较高精度地辨识出IMU加速度计和陀螺仪的标度因子误差、零偏误差和安装误差角共21项误差参数，进而提供一种基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法，所述基于卧式三轴转台的IMU正六面体标定方法具体步骤为：

步骤一：IMU的初始对准：先完成IMU的安装工作，再进行卧式三轴转台的初始对准和惯导系统水平对准；

步骤二：惯导系统的位置编排：采用卧式三轴转台双轴位置、单轴速率翻滚法，实现IMU的正六面体方案标定；

步骤三：惯导系统的静态测量：在位置编排方案的每次转动完成后，将惯导系统进行30s静止测量，记录每次转动后IMU输出的速度误差，总计16次转动的输出序列；

步骤四：IMU误差参数的辨识：

将记录的t时刻的导航输出速度误差序列关于t进行二次函数拟合有：