[发明专利]一种冗余式惯性测量单元实验室标定方法

说明书

本发明提供一种冗余式惯性测量单元实验室标定方法，采用圆锥描述方案建立安装角模型，并得到载体角速率与每一个陀螺仪测量角速率的关系；根据传感器与载体坐标系的关系建立通用的惯性测量单元的标定模型；建立滤波器的状态方程和量测方程；根据量测方程对量测量进行行扩增，得到行扩增后的量测方程，使得系统可观测性提升；根据扩增后的量测方程求得雅可比矩阵和黑塞矩阵，并采用基于二阶泰勒展开的扩展卡尔曼滤波算法估计误差参数，得到精确的传感器零偏、标度因数误差和安装误差；本发明估计精度高、通用性强、实验过程简单、能同时估计出零偏、标度因数误差和安装误差三种误差等优点，能够有效提高惯性测量单元精度，具有很好的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种标定方法，尤其涉及一种冗余式惯性测量单元实验室标定方法，属于捷 联惯导系统领域。

背景技术

由于捷联式惯性导航系统具有自主性强、隐蔽性好等优势，因此一直是船舶、飞机、汽 车等载体的核心导航系统，为载体提供姿态、速率和位置等导航信息，捷联式惯性导航系统 的可靠性的高低直接影响了航行器的工作状态，导航系统出现故障可能会导致航行器无法工 作，甚至导致重大事故。随着科技发展，对导航系统可靠性要求逐渐提高，越来越多的场合 要求导航系统能够适应高动态、大过载、大冲击等工作环境，所以导航系统的可靠性和长航 时精度越来越成为考察其性能的重要技术指标。因此，提高惯性导航系统可靠性成为惯性导 航领域一项重要的研究内容。通过应用冗余容错技术提高惯性导航系统的可靠性是发展的主 要方向。由于惯性器件性能及安装条件限制，即使使用冗余容错技术的系统也会存在标度因 数、安装误差、常值漂移等误差，相比于传统三轴正交惯性导航系统，冗余式惯性导航系统 器件数量增多，且传感器的安装方式多为非正交安装，传感器输出数据具有耦合性，无法使 用传统的常值误差模型，而常用的四冗余式捷联惯导系统的12误差标定模型参数多，标定方 法复杂。因此，设计一种合理的标定方法，降低惯性导航系统的常值误差是提高导航信息精 度的关键。

现有的惯性测量单元实验室标定方法种类繁多，其中，基于高精度转台的多位置标定方 法，是将载体置于高精度转台上，通过设定转台在不同位置匀速转动，根据每一个位置转台 角速率与斜置陀螺仪的关系得到多个方程，并基采用最小二乘法估计方程的解，得到零偏、 标度因素误差和安装误差。Syed等人在《A new multi-position calibrationmethod for MEMS inertial navigation systems》(发表于《Measurement Science andTechnology》，2007年，18期) 提出一种多位置标定方法，能够同时估计出零偏、标度因素误差和安装误差，便于工程实现 而得到了广泛应用。但该方法仅适用于传统三轴的微惯性测量单元标定，且无法标定不能敏 感地球自转角速率的低精度惯性测量单元。刘万科等人在《基于匀速率26位置法的 iIMU–FSAS光纤陀螺仪标定》(发表于《惯性技术学报》，2017年，01期)提出基于高精度 转台的匀速率标定方案，适用于低精度惯性测量单元的标定，但仍然不适用于冗余式系统。 Mark在《Calibration and Attitude Determination withRedundant Inertial Measurement Units》(发 表于《Journal of Guidance,Control,andDynamics，2005年，04期》提出的冗余式惯性测量单 元的标定方法，但其建模不精确导致标定精度较低。

发明内容

本发明的目的是为了提高导航信息精度而提供一种一种冗余式惯性测量单元实验室标定 方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种冗余式惯性测量单元实验室标定方法，包括如下步骤：

(1)采用圆锥描述方案建立安装角模型，并得到载体角速率与每一个陀螺仪测量角速率 的关系；

(2)根据传感器与载体坐标系的关系建立通用的惯性测量单元的标定模型；