[发明专利]基于差分GPS观测的捷联挠性陀螺动态随机漂移误差测试方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性技术领域，涉及挠性捷联惯组中挠性陀螺的动态随机漂移误差测试方法，具体地说，是指一种在车载环境下利用差分GPS的位置和速度观测信息，用卡尔曼滤波器估算挠性捷联惯组中挠性陀螺动态随机漂移误差的方法。

背景技术

挠性陀螺是一种机械式双自由度陀螺仪。自问世至今，挠性陀螺已广泛应用在各种导航、制导与控制系统中。在实际应用中，挠性陀螺仪的角速度测量值中存在着由于各种内部及外部因素产生的漂移误差。

挠性捷联惯组一般包含两个双自由度挠性陀螺和三个线加速度计，分别敏感载体三个正交轴向的角速度和线加速度。挠性捷联惯组在使用前必须对挠性陀螺进行误差标定，得到误差模型中的相应系数，然后对挠性陀螺的测量值进行补偿，才能得到真实的角速度信息。

现有的挠性陀螺或挠性捷联惯组标定采用的是静态多位置标定方法，利用转台使挠性陀螺朝向一定的方向，将当地的地球转动角速度ω_e和标准重力加速度g_O作为标准输入，通过多个方程联合求解的方法计算出挠性陀螺的误差项系数。静态多位置标定方法能够得到0～1g环境下挠性陀螺的常值漂移系数和比力敏感项系数并认为在使用环境下该系数仍保持不变。然而，挠性陀螺的机械特性决定了当其受到环境的振动、温度变化等因素影响时，其漂移误差系数会产生随机变化，该随机变化可能导致挠性陀螺和挠性捷联惯组的使用精度与预期精度不一致。目前的挠性陀螺误差测试方法都采用实验室多位置标定方法，不能得到挠性陀螺的动态随机漂移，还缺乏测试挠性陀螺误差动态随机漂移的方法，在挠性陀螺的指标评价体系中也没有相应的技术指标。

现有技术中，授权公告号CN 101377422 B的发明专利公开了一种挠性陀螺仪静态漂移误差模型最优二十四位置标定方法，是将挠性陀螺仪安装在三轴位置速率转台上，采用离散D-最优设计构造方法进行设计，从整个试验空间中选取二十四个空间位置取向作为陀螺坐标系取向并进行试验。相对于最优八位置法，最优二十四位置试验测试除了能够标定加速度无关项、加速度一次方有关项外，还可以得到加速度二次有关项漂移系数。缺点是只能利用重力场作为环境过载激励，得到的结果是挠性陀螺静态环境下的误差漂移特性，不能得到环境因素的动态变化对挠性陀螺的影响。

参考文献【1】：TDS-1捷联挠性陀螺动态参数测试，航空精密制造技术，1990年第2期，冀宏，杨梅仓，王宗衍，该文献介绍了用精密角振动台测试挠性陀螺的闭环幅相频特性和带宽的方法和结果，其动态参数结果可作为挠性陀螺内部闭环回路的设计参考。但是该测试方法只能得到角振动环境下挠性陀螺的动态特性，不能得到载体随机振动、温度随机变化环境下挠性陀螺的误差漂移特性。

发明内容

本发明的目的在于提供挠性捷联惯组中挠性陀螺在车载动态环境下随机漂移误差的测试方法，为分析和评价挠性陀螺及挠性捷联惯组的动态精度提供依据。本发明利用差分GPS提供的位置和速度信息，用卡尔曼滤波器估算挠性陀螺动态随机漂移误差，具体步骤包括：

第一步：将被测试挠性捷联惯组安装在试验车上，连接挠性捷联惯组、差分GPS、电源、采集计算机之间的线缆并检查正确；

第二步：试验车保持静止，挠性捷联惯组上电预热，至稳定；

第三步：采用光学瞄准的方法确定挠性捷联惯组的初始航向角；

第四步：打开采集计算机上的数据采集与导航计算软件，输入第三步中确定的初始航向角，开始同步采集挠性捷联惯组数据、差分GPS的位置以及速度数据；

第五步：试验车保持静止，采用二阶调平法进行初始粗对准，时间不少于30秒；

第六步：粗对准完成后，试验车仍保持静止，进行基于卡尔曼滤波的静基座精对准，时间5min。

静基座精对准采用惯性/零速组合导航，导航坐标系取为游动自由方位坐标系，所使用的卡尔曼滤波器系统状态方程和量测方程为：

δθ——角位置误差矢量，包括x和y两个方向的分量δθ_x和δθ_y；

δh——高度误差；

δv——速度误差矢量，包括x、y和z三个方向的分量δv_x、δv_y和δv_z；

ψ——姿态角误差，包括x、y和z三个方向的误差ψ_x、ψ_y和ψ_z；