[发明专利]一种晃动条件下重力仪的自对准方法

摘要

本发明属于重力仪自对准领域，特别涉及一种晃动条件下重力仪的自对准方法。传统方法在晃动条件下自对准时，由于地球自转角速率和重力受到干扰，影响了在晃动条件下重力仪的自对准精度；采用本方法后，在晃动条件下重力仪的自对准精度得到了提升，并满足技术指标要求。本方法包括三个步骤，步骤一为初扶正，步骤二为第一位置对准，步骤三为第二位置对准。

主权项

1.一种晃动条件下重力仪的自对准方法，包括三个步骤，步骤一为初扶正，步骤二为第一位置对准，步骤三为第二位置对准，其特征在于：初扶正是将平台框架角归到零位，为启动平台为后续的对准提供良好的环境；所述步骤二、第一位置对准包括四个步骤，步骤如下；步骤一、粗调平和粗寻北(1)水平轴二阶调平回路；(a)水平X轴二阶调平回路；SInsVx＝SInsVx+(FA_X‑MK1*SInsVx)*H式中：FA_X—所采集X轴加速度通道输出值；SInsVx—平台坐标系X轴绝对速度；H—计算周期10ms；MK1—调平回路参数；Wkhx＝(SInsVx*(1+MK2))/R式中：Wkhx—平台坐标系X轴校正角速率；MK2—调平回路参数；R—地球半径；(b)水平Y轴二阶调平回路SInsVy＝SInsVy+(FA_Y‑MK1*SInsVy)*H式中：FA_Y—所采集Y轴加速度通道输出值；SInsVy—平台坐标系Y轴绝对速度；H—计算周期10ms；MK1—调平回路参数；Wkhy＝(SInsVy*(1+MK2))/R式中：Wkhy—平台坐标系Y轴校正角速率；MK2—调平回路参数；R—地球半径；(c)方位粗锁定Vka1z＝Vka1z+(D_AZ‑Kz1*Vka1z)*H；Vka2z＝Vka1z*Kz2/R*G；Wdrz＝Wdrz+Kz3/R*G*Vka1z*H；Wkaz＝Wdrz+Vka2z；式中：Kz1、Kz2、Kz3—锁定回路参数；Vka1z、Vka2z—计算中间变量；R—地球半径；D_AZ—锁定目标角；Wdrz—平台坐标系Z轴漂移值；Wkaz—平台坐标系Z轴偏差角速率；G—重力加速度；(d)粗寻北WX1＝Wkhx+WBX；WY1＝Wkhy+WBY；SReal_HX0＝2.0*PI+atan2((‑WY1+DRIFT_Y_OLD1),(WX1‑DRIFT_X_OLD1))；式中：WBX、WBY为陀螺漂移的标定值；Wkhx、Wkhy为平台坐标系X轴和Y轴的偏差角速率；WX1、WY1为平台坐标系X轴和Y轴的修正角速率；DRIFT_X_OLD1、DRIFT_Y_OLD1为存在计算机中的X、Y轴陀螺漂移；SReal_HX0为方位角；步骤二、快转AZ_B＝TRdcz‑PI/2+SReal_HX0；式中：TRdcz为对准时从测试设备的装订值；PI为3.1415926；SReal_HX0为方位角；AZ_B为快转目标角；步骤三、粗对准由于快转完成后，原来建立的调平和锁定都被打破，所以再进行一次粗调平和粗寻北步骤，所述粗对准过程和粗调平、粗寻北过程一致；步骤四、精调平、精对准(1)建立两位置对准误差模型其中：ΔV_x、ΔV_y为x、y方向速度误差；α_x、α_y、α_z为x、y、z方向的水平失准角；ε_x、ε_y、ε_z为x、y、z方向的陀螺漂移；为x、y方向速度误差微分；为x、y、z方向的水平失准角微分，为x、y、z方向的陀螺漂移的微分；ω_iex、ω_iey、ω_iez地球自转角速率在导航坐标系下的投影；F_x、F_y、F_z为三个方向的测量到的加速度；ω_epx、ω_epy、ω_epz为载体相对地球转动的角速率；R_xp、R_yp、R_zp地球半径在导航坐标系下的投影；(2)建立量测方程Z_x＝ΔV_x＝V_x‑0Z_y＝ΔV_y＝V_y‑0其中；V_x、V_y：重力仪速度误差；Z_x、Z_y：为观测量(3)使用Kalman滤波算法X_k＝Φ_k,k‑1X_k‑1+Γ_k‑1W_k‑1Z_k＝H_kX_k+V_k其中：X_k为k时刻的n维状态矢量；Z_k为k时刻的m维量测矢量；Φ_k,k‑1为k‑1到k时刻n×n维的系统一步转移矩阵；W_k‑1为k‑1时刻r维的系统噪声；Γ_k‑1为n×r维的系统噪声矩阵；H_k为k时刻m×n维的量测矩阵；V_k为时刻m×1维量测噪声；状态一步预测：状态估计：最优滤波增益：或一步预测均方误差阵：估计均方误差阵：或P_k＝(I‑K_kH_k)P_k/k‑1或式中：依据k‑1时刻状态估计值对k时刻状态进行预测；k时刻状态估计；k‑1时刻状态估计值P_k/k‑1：预测时的均方误差；P_k：估计时的均方误差；Q_k‑1：系统过程噪声W_k‑1的对称非负定方差矩阵R_k：系统观测噪声V_k的对称正定方差矩阵(4)进行实时反馈修正(a)实时物理反馈修正将Kalman滤波实时估计出来的失准角转换成修正角速率，然后通过施矩进行实时反馈修正，同时为了保证修正过程中的振荡和发散，修正角速率根据失准角的大小采用线性区设置，具体设置如下：注：α：失准角；ω_α：修正角速率；(b)状态数字修正在进行完物理反馈修正后，为了保证状态变量和实际系统对应的变量一致，在进行下一次Kalman滤波之前，需要对相应的状态变量进行数字修正，具体修正公式如下；α_xk+1＝α_xk+1+T×K_α×α_xkα_yk+1＝α_yk+1+T×K_α×α_yk其中：K_V：速度反馈修正系数，暂取0.1；K_α：失准角反馈修正系数，暂取1；T：滤波周期，单位ms；ΔV_xk+1、ΔV_yk+1：k+1时刻速度误差；ΔV_xk、ΔV_yk：k时刻速度误差；α_xk、α_yk：k时刻姿态角误差；α_xk+1、α_yk+1：k+1时刻姿态角误差。