[发明专利]一种静基座条件下低成本陀螺全部零偏快速估计方法

说明书

本发明公开了一种静基座条件下低成本陀螺全部零偏快速估计方法，首先，在静止条件下周期采集k时刻载体的惯性传感器数据，包括三轴陀螺信息三轴加速度计信息f^b(k)；其次，根据k时刻的惯性传感器数据，预测k时刻载体的姿态、速度、位置信息；然后，通过卡尔曼滤波器，估计k时刻三轴陀螺的零偏；如此循环往复。针对传统以速度误差为观测量的静基座初始对准方法在陀螺零偏较大时对天向陀螺零偏可观测性较差估计较慢的问题，本发明通过引入角度误差的观测，可以提高对天向陀螺零偏的可观测性，实现对陀螺零偏的快速估计；且不需要转台等专业设备，适合外场使用，工程应用价值高。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，具体涉及一种静基座条件下低成本陀螺全部零偏快速估计方法。

背景技术

惯性导航是一种常见的导航方式，其采用惯性器件，通过递推式的导航方式，对载体的姿态、速度、位置进行解算。惯性导航具有自主性强、不受外界干扰、输出信息全的优势，在航空、航天、航海中具有广泛的应用。而惯性导航系统的精度主要依赖于陀螺的精度，因此对陀螺的偏差进行估计和补偿是提高惯性导航系统精度的有效方法。

惯性器件在实际使用前，都需要提前进行充分的标定工作。但是事先标定只能补偿确定性误差对惯性系统的影响，而对于陀螺零偏而言，逐次启动都会发生变化，尤其是低成本的惯性器件，常值零偏都较大，通常在惯导系统初始对准阶段利用卡尔曼滤波技术对陀螺零偏进行在线估计。传统的以速度误差作为观测量的静基座估计方法对天向陀螺零偏的可观测性较差，制约了对其估计的快速性。而通过多位置转动对准来提高可观测性的方法需要增加转位机构，这对于很多实际应用是非常不方便的。

发明内容

发明目的：针对传统低成本陀螺估计中存在的不能快速估计全部零偏、配套设施要求高等问题，提出了一种静基座条件下低成本陀螺全部零偏快速估计方法。

发明内容：本发明提出一种静基座条件下低成本陀螺全部零偏快速估计方法，具体包括以下步骤：

(1)在载体静止条件下周期采集k时刻载体的惯性传感器数据，包括三轴陀螺信息三轴加速度计信息f^b(k)；

(2)根据k时刻的惯性传感器数据，预测k时刻载体的姿态、速度、位置信息；

(3)通过卡尔曼滤波器，估计k时刻三轴陀螺的零偏；

(4)跳转至步骤(1)，循环往复。

进一步地，步骤(2)所述的预测k时刻载体的姿态过程如下：

其中，q(k)＝[q₀(k) q₁(k) q₂(k) q₃(k)]^T为k时刻的姿态四元数，上标T表示矩阵的转置；

q(k-1)＝[q₀(k-1) q₁(k-1) q₂(k-1) q₃(k-1)]^T为k-1时刻的姿态四元数；△T为离散采样周期；

其中，为k时刻机体系相对于导航系的角速率在机体系上的分量；

为k-1时刻的导航系到机体系的姿态转移矩阵；

其中，为k-1时刻地球自转角速率在导航系上的分量，ω_ie为地球自转角速率，L(k-1)为k-1时刻的纬度；