[发明专利]高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法

摘要

本发明公开了一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，属于惯性导航惯性传感器误差标定技术领域。该方法包括以下步骤：首先建立加速度计在高超声速飞行器动态飞行过程中的杆臂效应误差模型；在传统的加速度计随机误差模型的基础上，将杆臂长度扩展为卡尔曼滤波器系统状态变量，建立包含杆臂效应误差在内的滤波状态方程和位置、速度线性量测方程；最后在高超声速飞行器动态飞行过程中对杆臂效应误差进行实时动态标定与校正。本方法能够在飞行器高动态飞行过程中实现对惯性导航系统中杆臂效应误差的在线标定及校正，有效提高高超声速飞行器惯性导航系统性能，适合于工程应用。

主权项

一种高动态环境下惯性导航系统杆臂效应误差在线标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立动态标定杆臂效应误差模型：杆臂效应引起的加速度计误差模型表示为：(1)式(1)中，为杆臂长度，为陀螺仪输出的角速率，为陀螺仪输出角速率的一阶微分；取东北天地理坐标系为导航坐标系，机体坐标系取“右前上”坐标系，则杆臂效应引起的速度误差和位置误差在导航坐标系的投影为：(2)其中，为机体坐标系到导航坐标系的转换矩阵，且，为的反对称矩阵；设在高超声速飞行器动态飞行过程中，杆臂长度的变化为随机常数，即(3)考虑杆臂效应误差影响，捷联惯性导航系统的速度误差方程为：(4)式(4)中，且,,分别为东北天三个方向的速度，,分别为对应的速度误差及其一阶微分；且,,分别为东北天三个方向的数学平台误差角；为加速度计输出的比力，为杆臂效应误差项；为地球自转角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；为导航坐标系相对地球坐标系的角速率在导航坐标系的投影，为对应的误差；且,,分别为东北天三个方向加速度计的随机误差；步骤二、在步骤一对杆臂效应误差建模的基础上，将杆臂长度扩展为系统状态变量，构建基于杆臂效应误差模型的滤波器状态方程和位置、速度线性化量测方程：基于杆臂效应误差建模的系统状态变量X为：(5)式(5)中，为三个数学平台误差角，为三个速度误差，分别为纬度误差、经度误差及高度误差，为加速度计随机误差，分别为杆臂长度在机体坐标系三个轴上的投影；建立惯性导航系统的误差状态方程，如式(6)所示：(6)式(6)中，为系统状态变量；为状态变量的一阶导数；为系统矩阵；为噪声系数矩阵；为噪声矩阵；采用地理系下位置与速度线性化观测原理，建立地理系下卫星导航位置观测量、速度观测量和惯性导航系统误差状态量之间的线性化量测方程：(7)式(7)中，和分别为位置和速度量测矢量；和分别为位置和速度量测系数矩阵；位置和速度观测量噪声矩阵分别为和；步骤三、在步骤二的基础上，对系统状态方程和量测方程进行离散化处理以及状态量、量测量的更新，实现对杆臂效应误差的标定与补偿。