[发明专利]一种静基座下惯性平台连续翻滚自标定自对准方法

说明书

本发明属于惯性导航技术领域，特别涉及一种静基座下惯性平台连续翻滚自标定自对准方法。本发明的方法首先以惯性器件输入轴为基准建立了系统坐标系，其次基于惯性平台工作原理，以惯性平台姿态角为中间量建立系统动力学模型和观测模型，然后通过可观性分析设计惯性平台自标定自对准所需的平台加矩方案，最后选用平台姿态角及平台各项误差系数作为系统状态量，通过降维容积Kalman滤波实现对惯性平台的自主标定与对准。本发明提供的方法能够改变惯性平台现有的标定和对准模式，简化了惯性平台自标定和自对准的过程，消弱了系统标定与对准之间的强耦合作用，为提高惯性平台实际使用精度提供了基础理论和技术支撑。

技术领域

发明属于惯性导航技术领域，特别涉及一种静基座下惯性平台连续翻滚自标定自对准方法。

背景技术

平台式惯性导航系统(又称惯性平台)具有自主性强、抗干扰能力强、短时精度高以及导航频率高等其他导航系统难以比拟的优点。因此，在卫星导航系统取得厘米级精度的情况下，高精度的惯性导航系统仍作为某些运载体(如飞机、火箭、航天飞机、潜艇等)的核心导航系统。然而，作为一种递推式自主导航系统，惯性平台导航系统在使用前需要完成两项准备工作，即标定和初始对准，而标定和对准的误差将会累积到系统的导航误差中，且会随导航时间推移逐渐变大。因此，先进的惯性平台自标定和自对准技术是快速提高惯性平台导航系统性能的低成本、高效率手段。正因如此，高性能的惯性平台自标定自对准技术一直是国内外的研究热点。

在众多惯性平台导航系统自标定自对准方法之中，连续翻滚自标定自对准技术是一种适用于惯性平台导航系统的高精度、低成本的自标定和自对准技术。公开文献表明，现有的惯性平台连续翻滚自标定自对准技术均是基于失准角模型和框架角模型进行研究的。然而失准角模型则需要系统首先满足小角度假设条件，这在现实中很难保证，特别是在滤波过程中，需要实时对系统进行补偿，对系统的计算能力要求较为苛刻。框架角模型则会引入框架角观测误差、框架安装误差、平台基座安装误差等，降低了标定和对准的精度。此外，框架角系统模型具有一定局限性，不适用于全姿态三框架四轴等惯性平台导航系统。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种惯性平台静基座下连续翻滚自标定自对准方法。该方法将惯性平台的对准与标定视为整体，采用姿态角作为系统中间状态量，建立系统模型，从而从根源上避免了框架角或失准角模型导致系统可能奇异的弊端。其次，针对系统非线性、高维的特点，本发明中采用降维容积Kalman滤波(Reduced CubatureKalman Filter，RDCKF)算法，在保证系统精度的同时大幅度的降低了计算量。利用该方法可以大幅度的提高惯性平台导航系统的导航精度，具有较强的经济效益和工程指导意义。

本发明的连续翻滚自标定自对准方法步骤如下：第一步，系统坐标系建立；第二步，系统建模；第三步，惯性平台连续翻滚加矩方案设计；第四步，惯性平台连续翻滚自标定自对准算法。

本发明的技术方案是：一种静基座下惯性平台连续翻滚自标定自对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立系统坐标系，具体为：

如图1和图2所示，根据惯性平台与惯性仪表之间的装配关系，所述惯性仪表包括单自由度三浮陀螺仪Gx、Gy、Gz以及石英加速度计Qx、Qy、Qz，定义如下坐标系：

平台坐标系p系：取平台几何中心O为原点，OX_p轴与Qx石英加速度计敏感轴平行，OY_p轴平行于Qx和Qy石英加速度计敏感轴所确定的平面，并与OX_p轴垂直，OZ_p轴与OX_p轴和OY_p轴构成右手坐标系；

单自由度陀螺仪坐标gi系，i＝x,y,z：坐标轴分别与该陀螺仪的输入轴I、输出轴O和自转轴S平行；