[发明专利]一种基于双解算程序的光纤陀螺常值误差标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及捷联惯性导航系统的惯性组件误差测试领域，具体是一种基于双解算程序的光纤陀螺仪常值误差确定方法。

背景技术

捷联惯性导航系统SINS作为一种不需要任何外界信息，能够连续输出载体速度、位置、姿态信息的全自主导航系统被广泛应用于航空、航天、航海等军事和民用领域。其将惯性组件（Inertial Measurement Unit,简称IMU，包括陀螺仪和加速度计）直接安装在运载体上，利用陀螺仪敏感的载体角运动信息解算得到载体系到导航系的转换矩阵，再将加速度计测量沿载体系的加速度信息投影到导航系上，投影后的加速度一次积分得到载体运动速度，二次积分得到载体位置信息。此外，利用转换矩阵与载体姿态关系可以得到载体姿态信息。

陀螺仪作为捷联惯导系统的核心器件，由于各种误差的存在，导致其输出信息与敏感角速度总是存在一定偏差，导致转换矩阵不准确，影响系统导航精度。标定技术作为一种惯性组件误差项测量技术，主要是通过器件误差与系统解算信息的数学关系，利用包含器件误差的导航信息来推算惯性器件各误差项。标定技术主要分为分立式标定和系统级标定。分立式标定是直接以光纤陀螺仪输出为观测量，用最小二乘法标定其系数，该方法数据处理复杂，标定精度低；系统级标定则是利用导航误差作为观测量，通过滤波等手段来估计陀螺仪误差系数，但该方法需要外界参考基准信息以得到导航误差，若基准信息不准确则会导致观测量存在误差，进而影响标定精度。因此，如何快速、有效、高精度的估算陀螺仪误差系数是一项非常重要的课题。

《光电工程》2008年第35卷第1期中由刘百奇等人撰写的《光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法》，该文章将IMU在六个位置上进行十二次旋转，根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程求解出陀螺标度因数、陀螺常值漂移等误差系数。该方法不仅建立数学模型多，而且计算量大；《中国惯性技术学报》2005年第13卷第4期中由尚捷等人撰写的《捷联惯导现场最优标定方法研究》，该文章研究了一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法，虽然该方法结构简单、易于实现，但文中并没有提及虚拟噪声设定方法，不同惯性组件中引入同一组虚拟噪声是否适用有待考虑；申请号为201010523436.0的中国发明专利《一种光纤陀螺常值漂移标定方法》中，针对旋转调制型捷联惯导系统，提出了一种利用单轴旋转机构变换IMU姿态，在建立惯性器件偏差与失准角估值的二元一次方程组基础上，求解陀螺水平常值漂移的估算方法。该方法只能估算常值漂移，并且若系统中存在未知误差源，导致建立惯性器件偏差与失准角估值模型不准确，则会影响估算精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于双解算程序的光纤陀螺仪常值误差确定方法。为了估算三轴陀螺仪的常值漂移和刻度因数误差，利用旋转机构带动惯性组件分别停留在三轴陀螺仪处于朝上和朝下的六个位置。每个位置以一组惯性组件的测量值为导航计算机的输入信息，导航计算机中同时进行两组参数设定值不同的导航程序并行解算，解算姿态值做差，计算得到陀螺仪常值漂移和刻度因数误差。

本发明提供的一种基于双解算程序的光纤陀螺常值误差标定方法，包括如下步骤：

步骤1：将捷联惯导系统中的惯性组件，陀螺仪和加速度计安装在三轴转台（旋转机构）上；

步骤2：三轴转台带动惯性组件旋转至与当地东北天地理坐标系一致的位置，此时方位轴陀螺仪沿地理系的oz_n轴方向，定义该位置为位置A，停留时间大于两小时；

步骤3：在位置A的停留时间内，以陀螺仪和加速度计敏感的角速度和线加速度信息作为导航计算中导航解算程序1的输入信息进行导航解算，其中导航参数设定为ξ₁、ω_n1，得到载体姿态θ_A1、φ_A1、ψ_A1。其中，θ、φ、ψ分别表示纵摇角、横摇角、方位角，角标A表示在位置A解算结果，角标1表示导航解算程序1解算结果；

步骤4：在位置A的停留时间内，与步骤3同步进行。以步骤3中同一组惯性组件测量值作为导航计算机中导航解算程序2的输入信息进行导航解算，其中导航参数设定为ξ₂、ω_n2，得到载体姿态θ_A2、φ_A2、ψ_A2。角标2表示导航解算程序2解算结果；