CN105352529B - 多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,属于分布式惯性节点系统误差标定的技术领域。本申请首先标定主节点误差,再标定子节点误差,采用包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器测量误差模型计算主节点误差参数,采用高阶滤波器对主节点误差参数进行在线估计后再对主节点输出值进行误差补偿,再由主子节点安装系的位置关系转换得到子节点输出的估计值,在进行子节点标定时考虑到子节点加速度计输出与子节点角速度有关,在标定子节点陀螺误差后再标定子节点加速度计误差,提供了一种分布式IMU的在线标定方案。

Description

多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法
技术领域
本发明公开了多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,属于分布式惯性节点系统误差标定的技术领域。
背景技术
惯性传感器网络,参见文献<Inertial sensor technology trends>(Barbour N,Schmidt G.Sensors Journal,IEEE,2001,1(4):332-339.),是基于分布式惯性传感器,综合了网络拓扑、惯性器件、惯性导航、卡尔曼滤波等技术的一种新型应用,参见文献《MEMS和导航级MEMS惯性传感器》(王忆锋.飞航导弹,2008(8).)、文献<Principles of GNSS,inertial,and multisensor integrated navigation systems>(Groves P D.2013.)。惯性传感器网络中各惯性传感器(陀螺和加速度计)分布在飞行器的不同位置,提供飞行器不同位置的连续、可靠的导航信息,提高装载的传感器(如磁导航、卫星接收机、天文导航、景象匹配导航子系统)的整体性能,从而增强飞行器的可靠性和综合性能。上世纪九十年代,Kelley提出惯性网络系统的概念,参见文献<Integrated inertial network>(Kelley RT,Carlson N A,Berning S.);此后,更多的人对分布式惯性网络的数据融合技术进行了深入研究,参见文献<Distributed data fusion algorithms for inertial networksystems>(Allerton D.J.,Jia H.)。分布式惯性导航系统与多传感器配置构成了分布式多源组合导航系统,能够大大增强飞行器的可靠性与生存能力。
提高捷联惯性导航系统导航精度的关键在于提高陀螺惯性器件的精度,然而当惯性器件达到一定精度之后,想继续通过简单的加工、装配及调试来大幅度提高惯性器件的精度已经不太现实,并且投入的成本将随之大幅增加。采用惯性器件和系统级的误差建模和补偿技术,通过建立高精度的惯性器件和系统误差模型进一步提高捷联惯性导航系统性能。捷联惯性组合系统具体使用过程中,惯性传感器误差参数通常采用离线标定方式获得,参见文献《激光捷联惯组的双轴位置转台标定仿真》(严恭敏,秦永元.中国惯性技术学报,2007,15(1):123-127.)但是飞行器在飞行过程中,发动机工作时的高频振动和外界气流干扰等影响因素将导致惯性传感器安装误差及刻度因子误差参数发生变化;此外,随机常值误差参数亦会随着时间的推移相对于原始标定值产生较大差异,考虑到重新离线标定繁琐的工作量和巨大的成本投入,因此对惯性组合导航系统误差进行在线标定和补偿成为提高导航精度的首要选择。
在惯性组合导航研究领域,惯性传感器误差在线标定技术是影响系统精度的重要关键技术,国外很多的专家学者已经对其进行了相关的研究和探索。美国于上世纪80年代就已经展开对陀螺误差在线标定技术的研究,近几年主要集中于MEMS陀螺标定技术的研究,采用的方法主要有扩展卡尔曼滤波、改进的多位置标定法、矩阵分解和最小二乘法等,标定的误差主要有惯性传感器零偏误差、刻度因子误差、安装误差、失准角误差等,参见文献<Calibration Technique for a Laser Gyro Strapdown Inertial NavigationSystem>(Brown Alison,Ebner Robert,Mark John.Conference Proceedings-SymposiumGyro Technology,1982,12.0-12.20.),加拿大、德国、伊朗、葡萄牙、瑞士等国家也针对不同的辅助导航系统分别提出了不同的系统标定方法,如文献<Accuracy Improvement ofLow Cost INS/GPS for Land Applications>(Shin E H,El-Sheimy N.University ofCalgary,Department of Geomatics Engineering,2001.)。上述的标定方法主要是利用惯性器件的输出进行导航解算,以导航误差作为观测量来标定系统的误差参数,代表着在线标定技术的发展方向。一般的研究中,都假设传感器安装在飞行器质心,而分布式惯性传感器组件配置在飞行器的不同位置,此时若采用安装在质心的主导航系统提供全载体各个位置的基准信息,显然不能准确的反映各个位置的实际情况。一般的在线标定算法很少对分布式IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)系统如何标定做研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足,提供了多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,实现了分布式IMU的在线标定,解决了和传统标定方法一样假设分布式惯性传感器安装在飞行器质心,采用安装在质心的主导航系统提供全载体各位置基准信息不能准确反映各位置的实际情况的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,包括如下步骤:
A、建立包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的主节点惯性器件测量误差模型以计算主节点惯性器件的误差参数;
B、构建基于全误差模型的卡尔曼滤波器对主节点惯性器件的误差参数进行在线标定,所述卡尔曼滤波器采用包含惯性器件安装误差、刻度因子误差、随机常值误差的卡尔曼滤波模型对主节点惯性器件的误差参数进行在线估计;
C、由卡尔曼滤波模型估计的主节点惯性器件误差参数对主节点惯性器件输出的测量值进行误差补偿得到主节点惯性器件输出的估计值;
D、量测子节点陀螺输出,并由主节点陀螺输出的估计值转换得到子节点陀螺输出的估计值,进而确定子节点陀螺误差参数;
E、量测子节点加速度计输出,并由主节点加速度计输出的估计值转换得到子节点加速度计输出的估计值,进而确定子节点加速度计误差参数。
作为所述多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的进一步优化方案,步骤A中所述包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的主节点惯性器件测量误差模型,包括:
陀螺测量误差模型:以及,
加速度计测量误差模型
其中,ωb分别为主节点陀螺输出的测量值、理想值, 分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴输出的理想值,δKG为主节点陀螺刻度因子误差矩阵,δKG=diag[δKGx δKGy δKGz],δKGx、δKGy、δKGz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差,δG为主节点陀螺安装误差矩阵,δGx、δGy、δGz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的安装误差,εb为主节点陀螺随机常值误差矩阵,εb=[εbx εbyεbzT,εbx、εby、εbz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的随机常值误差,fb分别为主节点加速度计输出的测量值、理想值, 分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴输出的理想值,δKA为主节点加速度计刻度因子误差矩阵,δKA=diag[δKAx δKAyδKAz],δKAx、δKAy、δKAz分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差,δA为主节点加速度计安装误差矩阵,δAx、δAy、δAz分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的安装误差,为主节点加速度计随机常值误差矩阵, 分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的随机常值误差。
作为所述多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的进一步优化方案,步骤B中所述包含惯性器件安装误差、刻度因子误差、随机常值误差的卡尔曼滤波模型,具体包括:
状态方程:以及,
量测方程:Z=HX+V,
其中,为状态量估计值、Z为主节点速度、位置、姿态的量测值,X、W、H、V分别为状态矢量、白噪声随机误差矢量、量测矩阵、量测噪声阵,
为三维平台误差角,δvE、δvN、δvU为三维速度误差,δL、δλ、δh为纬度、经度和高度误差,W=[wgx wgy wgz wax way waz]T,wgx、wgy、wgz分别为X轴、Y轴及Z轴陀螺白噪声随机误差,wax、way、waz分别为X轴、Y轴及Z轴加速度计白噪声随机误差,F为状态系数矩阵, FN为对应9个基本导航参数的系统阵,为载体系到导航系的坐标转换矩阵,F1、F2、F3、F4为状态系数子矩阵,G为误差系数矩阵,H=[HP HV Hθ]T,HP为位置量测矩阵,HP=[03×6 diag[RM RN cosL 1]03×18]3×27,HV为速度量测矩阵,HV=[03×3 diag[1 1 1]03×21]3×27,Hθ为姿态量测矩阵,RM、RN分别为子午圈半径和卯酉圈半径,L是纬度,θ是俯仰角,φ是航向角,V=[VP VV Vθ]T,VP为位置量测噪声阵,VP=[NNNE NU]T,VV为速度量测噪声阵,VV=[ME MN MU]T,Vθ为姿态量测噪声阵,Vθ=[vγ vθ vφT,NN、NE、NU为外测的位置误差噪声,ME、MN、MU为外测的速度误差噪声,vγ、vθ、vφ为外测的姿态误差噪声。
作为所述多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的进一步优化方案,步骤C由卡尔曼滤波模型估计的主节点惯性器件误差参数,采用表达式:对主节点惯性器件输出的测量值进行误差补偿得到主节点惯性器件输出的估计值, 分别为主节点陀螺输出的估计值和主节点加速度计输出的估计值。
作为所述多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的进一步优化方案,步骤D所述量测子节点陀螺输出,并由主节点陀螺输出的估计值转换得到子节点陀螺输出的估计值,进而确定子节点陀螺误差参数,具体方法为:
D1、采用含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的子节点陀螺测量误差模型:计算子节点p处陀螺的误差参数,ωp分别为子节点p处陀螺输出的测量值和理想值,δGp、εp分别为子节点p处陀螺的刻度因子误差矩阵、安装误差矩阵、随机常值误差矩阵;
D2、由子节点p安装坐标系和主节点安装坐标系的位置关系将主节点陀螺输出的估计值转换为子节点p处陀螺输出的估计值 为从主节点安装坐标系到子节点p安装坐标系的转换矩阵,
δγ、δθ、δψ为将主节点安装坐标系旋转直至与子节点p安装坐标系平行所需转过的角度;
D3、由子节点p处陀螺输出的测量值和估计值之差得到子节点陀螺误差ΔωpδGx p、δGy p、δGz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺安装误差,δKGx p、δKGy p、δKGz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺刻度因子误差,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺随机常值误差,M1为陀螺刻度因子误差的系数矩阵、M2为陀螺安装误差的系数矩阵, 分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴陀螺输出的估计值。
作为所述多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的进一步优化方案,步骤E所述量测子节点加速度计输出,并由主节点加速度计输出的估计值转换得到子节点加速度计输出的估计值,进而确定子节点加速度计误差参数,具体方法为:
E1、采用含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的子节点加速度计测量误差模型:计算子节点p处加速度计的误差参数,fp分别为子节点p处加速度计输出的测量值和理想值,δAp分别为子节点p处加速度计的刻度因子误差矩阵、安装误差矩阵、随机常值误差矩阵;
E2、由子节点p安装坐标系和主节点安装坐标系的位置关系将主节点加速度计输出的估计值转换为子节点p处加速度计输出的估计值
E3、由子节点p处加速度计输出的测量值和估计值之差得到子节点p处加速度计误差ΔfpδAx p、δAy p、δAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计安装误差,δKAx p、δKAy p、δKAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计刻度因子误差,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计随机常值误差,E1为加速度计刻度因子误差的系数矩阵、E2为加速度计安装误差的系数矩阵, 分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴加速度计输出的估计值。
本发明采用上述技术方案,具有以下有益效果:
(1)提出了一种分布式IMU误差标定的方法,考虑到分布式惯性传感器组件配置在飞行器的不同位置,若假设分布式惯性传感器安装在飞行器质心,那么采用安装在质心的主导航系统提供全载体各位置基准信息不能准确反映各位置的实际情况,本申请首先标定主节点误差,再标定子节点误差,采用包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器测量误差模型计算主节点误差参数,采用高阶滤波器对主节点误差参数进行在线估计后再对主节点输出值进行误差补偿,再由主子节点安装系的位置关系转换得到子节点输出的估计值,在进行子节点标定时考虑到子节点加速度计输出与子节点角速度有关,在标定子节点陀螺误差后再标定子节点加速度计误差;
(2)构建了包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器测量误差模型以测量主节点输出值,并推导出主子节点测量误差模型的相对关系,其优点是能够标定出了子节点的传感器误差。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为分布式惯性传感器的示意图;
图2为主子节点传感器安装示意图;
图3为转动坐标系关系示意图;
图4为多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
本领域的技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有本发明所属技术领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请针对分布式多源组合导航系统,研究了分布式惯性传感器的结构,在此基础上不同传感器节点的信息转换与修正。建立了分布式多源组合导航系统在线标定滤波模型,解决了分布式IMU的标定问题。下面结合附图分两部分对发明的技术方案进行详细说明,第一部分介绍了分布式惯性传感器的结构,第二部分提出了多源分布式导航系统的标定算法。
1.分布式惯性传感器结构
分布式惯性网络导航系统中,传感器以分布式网络的形式安装在飞行器的不同位置,构成了多个惯性传感器节点。为方便导航计算与传感器管理,这些传感器一般会选取一个节点作为主节点,其他节点作为子节点,如图1所示。主子节点传感器(IMU)的安装示意图如图2所示。
设惯性坐标系OXYZ和机体坐标系ObXbYbZb,Ob为飞行器的质心,ObXbYbZb为主节点安装坐标系,PXpYpZp为子节点IMU的安装坐标系,rp为子节点位置偏离飞行器质心的距离。从ObXbYbZb到PXpYpZp的过程可以分解为:将其从ObXbYbZb旋转至Ob′Xb′Yb′Zb′,再将其从Ob′Xb′Yb′Zb′平移至PXpYpZp。通过角度的旋转和位置的平移,子节点惯性输出与主节点惯性输出之间的关系如下:
式(1.1)中,ωp、fp分别是p位置的陀螺和加速度计输出(即为发明内容中子节点p处陀螺和加速度计输出的理想值),ωb、fb分别是Ob位置的陀螺和加速度计输出(即为发明内容中主节点陀螺和加速度计输出的理想值),是ObXbYbZb至Ob′Xb′Yb′Zb′的坐标转换矩阵(即为从主节点安装坐标系到子节点p安装坐标系的转换矩阵),θ=(δγθψ)为旋转角,如图3所示,δγ、δθ、δψ为将主节点安装坐标系旋转至与子节点p安装坐标系平行所需转过的角度,rp为从Ob′Xb′Yb′Zb′系到PXpYpZp系的距离。
2.多源组合导航系统分布式在线标定算法
2.1多源组合导航系统分布式在线标定总体方案
惯性器件的误差会随着时间、环境发生变化,虽然器件在使用之前都会进行地面标定,但使用一段时间后,这些参数将不再准确。因此需要进行进一步的误差参数标定,以便提供给导航系统用于计算补偿。
因为传感器的分布式配置,导致分布式IMU的在线标定算法与传统不同。一般导航系统都选用主节点的信息构成主导航系统,子节点信息用于辅助。图4所示为多源组合导航系统分布式在线标定总体方案,在建立惯性器件误差模型的基础上,构建基于全误差模型的高阶在线标定滤波器,进行主节点误差在线估计。在此基础上,对固定位置的子节点误差进行估计。在算法的设计上,方案将推导主子节点误差模型的相对关系。由于子节点加速度计输出与子节点角速度有关,因此子节点的标定中必须先标定陀螺误差,才能进一步标定加速度计误差。所有在线标定后的参数用于后期进行导航计算补偿。
2.2惯性器件误差模型与补偿算法
(1)陀螺测量误差模型
假设主子节点采用同样类型的陀螺和加速度计,误差模型相同。下面以主节点为例来构建,综合考虑安装误差、刻度因子误差和随机常值误差,建立陀螺的误差模型为:
式(2.1)中,为主节点陀螺输出的测量值,为主节点陀螺输出的理想值,分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴输出的理想值;δKG=diag[δKGx δKGy δKGz]为主节点陀螺刻度因子误差矩阵,δKGx、δKGy、δKGz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差;为主节点陀螺安装误差矩阵,δGx、δGy、δGz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的安装误差;εb=[εbx εby εbzT为主节点激光陀螺随机常值误差矩阵,εbx、εby、εbz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的随机常值误差。
(2)加速度计测量误差模型
同样,加速度计的误差模型为:
式(2.2)中,为主节点加速度计输出的测量值,为主节点加速度计输出的理想值,分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴输出的理想值;δKA=diag[δKAx δKAy δKAz]为主节点加速度计刻度因子误差矩阵,δKAx、δKAy、δKAz分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差;为主节点加速度计安装误差矩阵,δAx、δAy、δAz分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的安装误差;为主节点加速度计随机常值误差矩阵, 分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的随机常值误差。
(3)惯性器件误差参数补偿
在得到对惯性传感器安装误差、刻度因子误差及随机常值误差的标定结果(利用后面提及的卡尔曼模型标定)后,暂存标定值,利用标定值对惯性传感器安装误差、刻度因子误差及随机常值误差进行补偿校正,校正在一个导航解算周期内完成,误差补偿校正算法为:
式(2.3)中,分别为主节点陀螺输出的估计值和主节点加速度计输出的估计值。
2.3主节点惯性器件在线标定滤波器设计
(1)主节点惯性器件在线标定滤波器状态方程设计
基于已经建立的惯性传感器误差测量模型,为实现对陀螺和加速度计安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的标定,将上述误差扩充进组合卡尔曼滤波器的状态量中,建立27维的组合导航系统数学模型。在线标定滤波器的状态方程为:
式(2.4)中,为状态量估计值,Z为主节点速度、位置、姿态的量测值,状态矢量X和白噪声随机误差矢量W分别为:
W=[wgx wgy wgz wax way waz]T
其中,为三维平台误差角,δvE、δvN、δvU为三维速度误差,δL、δλ、δh为纬度、经度和高度误差,wgx、wgy、wgz分别为X轴、Y轴及Z轴陀螺白噪声随机误差,wax、way、waz分别为X轴、Y轴及Z轴加速度计白噪声随机误差。
综上,误差系数矩阵G和状态系数矩阵F分别为:
其中,FN为对应9个基本导航参数的系统阵,FM和FS分别为:
为载体系到导航系的坐标转换矩阵,F1、F2、F3、F4为状态系数子矩阵,F1、F2、F3、F4的表达式参考《无人机高精度目标定位中的组合导航系统在线标定技术》(柏青青,硕士学位论文,南京航空航天大学,2015)。
(2)主节点惯性器件在线标定滤波器量测方程设计
量测信息采用GPS/星敏感器,构成位置、速度、姿态量测方程如下:
Z=HX+V (2.5)
式(2.5)中,H为量测矩阵,H=[HP HV Hθ]T,HP为位置量测矩阵,HV为速度量测矩阵,Hθ为姿态量测矩阵,V为量测噪声阵,V=[VP VV Vθ]T,VP为位置量测噪声阵,VV为速度量测噪声阵,Vθ为姿态量测噪声阵,HP、HV、Hθ和VP、VV、Vθ分别具体为:
HP=[03×6 diag[RM RNcosL 1]03×183×27
VP=[NN NE NU]T
HV=[03×3 diag[1 1 1]03×213×27
VV=[ME MN MU]T
Vθ=[vγ vθ vφT
其中,RM、RN分别为子午圈半径和卯酉圈半径,L是纬度,θ是俯仰角,φ是航向角,NN、NE、NU为外测的位置误差噪声,ME、MN、MU为外测的速度误差噪声,vγ、vθ、vφ为外测的姿态误差噪声。
2.4子节点惯性传感器分布式标定算法
(1)子节点陀螺在线标定算法
与rp在安装时就已经确定,因此可以推导主子节点之间误差的相对关系来对子节点陀螺进行标定。子节点p处陀螺测量误差模型为:
式(2.6)中,为子节点p处陀螺输出的测量值,为子节点p处陀螺输出的理想值;为子节点p处陀螺的刻度因子误差矩阵;为子节点p处陀螺的安装误差矩阵;为子节点p处激光陀螺的随机常值误差矩阵,δKGx p、δKGy p、δKGz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺刻度因子误差,δGx p、δGy p、δGz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺安装误差,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺随机常值误差。
为子节点p处陀螺输出的估计值,因此:
可以得到:
所以子节点p处陀螺误差Δωp为:
分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺输出测量值,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺输出估计值,M1为陀螺刻度因子误差的系数矩阵、M2为陀螺安装误差的系数矩阵,采集N组数据,组成测量方程组:
则:
(2)子节点加速度计在线标定算法
同样的,推导主子节点加速度计的误差关系。子节点p处加速度计测量误差模型:
式(2.8)中,为子节点p处加速度计输出的测量值,为子节点p处加速度计输出的理想值;为子节点p处加速度计的刻度因子误差矩阵,δKAx p、δKAy p、δKAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差;为子节点p处加速度计安装误差矩阵,δAx p、δAy p、δAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计安装误差;为子节点p处加速度计的随机常值误差矩阵,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计随机常值误差。
为子节点p处加速度计输出的估计值,因此:
所以子节点p处加速度计误差Δfp为:
分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计输出估计值,E1为加速度计刻度因子误差的系数矩阵、E2为加速度计安装误差的系数矩阵。
采集N组数据,组成测量方程组:
则:
综上所述,本发明具有以下有益效果:
(1)提出了一种分布式IMU误差标定的方法,考虑到分布式惯性传感器组件配置在飞行器的不同位置,若假设分布式惯性传感器安装在飞行器质心,那么采用安装在质心的主导航系统提供全载体各位置基准信息不能准确反映各位置的实际情况,本申请首先标定主节点误差,再标定子节点误差,采用包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器测量误差模型计算主节点误差参数,采用高阶滤波器对主节点误差参数进行在线估计后再对主节点输出值进行误差补偿,再由主子节点安装系的位置关系转换得到子节点输出的估计值,在进行子节点标定时考虑到子节点加速度计输出与子节点角速度有关,在标定子节点陀螺误差后再标定子节点加速度计误差;
(2)构建了包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器测量误差模型以测量主节点输出值,并推导出主子节点测量误差模型的相对关系,其优点是能够标定出了子节点的传感器误差。
通过以上的实施方式的描述可知,本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本发明的技术方案实质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器,或者网络设备等)执行本发明的实施例或实施例的某些部分所述的方法。

Claims (6)

1.多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其特征在于,包括如下步骤:
A、建立包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的主节点惯性器件测量误差模型以计算主节点惯性器件的误差参数;
B、构建基于全误差模型的卡尔曼滤波器对主节点惯性器件的误差参数进行在线标定,所述卡尔曼滤波器采用包含惯性器件安装误差、刻度因子误差、随机常值误差的卡尔曼滤波模型对主节点惯性器件的误差参数进行在线估计;
C、由卡尔曼滤波模型估计的主节点惯性器件误差参数对主节点惯性器件输出的测量值进行误差补偿得到主节点惯性器件输出的估计值;
D、量测子节点陀螺输出,并由主节点陀螺输出的估计值转换得到子节点陀螺输出的估计值,进而确定子节点陀螺误差参数;
E、量测子节点加速度计输出,并由主节点加速度计输出的估计值转换得到子节点加速度计输出的估计值,进而确定子节点加速度计误差参数。
2.根据权利要求1所述的多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其特征在于,步骤A中所述包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的主节点惯性器件测量误差模型,包括:
陀螺测量误差模型: <mrow> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>G</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>G</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow> 以及,
加速度计测量误差模型 <mrow> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mi>f</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>f</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>a</mi> </msub> <mo>,</mo> </mrow>
其中,ωb分别为主节点陀螺输出的测量值、理想值, <mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>y</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>z</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow> 分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴输出的理想值,δKG为主节点陀螺刻度因子误 差矩阵,δKG=diag[δKGx δKGy δKGz],δKGx、δKGy、δKGz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的刻度 因子误差,δG为主节点陀螺安装误差矩阵, <mrow> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>G</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> δGx、δGy、δGz分别 为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的安装误差,εb为主节点陀螺随机常值误差矩阵,εb=[εbx εby εbz]T,εbx、εby、εbz分别为主节点陀螺X轴、Y轴及Z轴的随机常值误差,fb分别为主节点加 速度计输出的测量值、理想值, <mrow> <msup> <mi>f</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>f</mi> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>f</mi> <mi>y</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>f</mi> <mi>z</mi> <mi>b</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow> 分别为主节点加速度计 X轴、Y轴及Z轴输出的理想值,δKA为主节点加速度计刻度因子误差矩阵,δKA=diag[δKAx δ KAy δKAz],δKAx、δKAy、δKAz分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的刻度因子误差,δA为主节 点加速度计安装误差矩阵, <mrow> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> δAx、δAy、δAz分别为主节点加速 度计X轴、Y轴及Z轴的安装误差,为主节点加速度计随机常值误差矩阵, <mrow> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow> 分别为主节点加速度计X轴、Y轴及Z轴的随机常值误 差。
3.根据权利要求2所述的多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其特征在于,步骤B中所述包含惯性器件安装误差、刻度因子误差、随机常值误差的卡尔曼滤波模型,具体包括:
状态方程: <mrow> <mover> <mi>X</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>F</mi> <mi>X</mi> <mo>+</mo> <mi>G</mi> <mi>W</mi> <mo>,</mo> </mrow> 以及,
量测方程:Z=HX+V,
其中:为状态量估计值,Z为主节点速度、位置、姿态的量测值,X、W、H、V分别为状态矢量、白噪声随机误差矢量、量测矩阵、量测噪声阵,
为三维平台误差角,δvE、δvN、δvU为三维速度误差,δL、δλ、δh为纬度、经度和高 度误差,W=[wgx wgy wgz wax way waz]T,wgx、wgy、wgz分别为X轴、Y轴及Z轴陀螺白噪声随机误 差,wax、way、waz分别为X轴、Y轴及Z轴加速度计白噪声随机误差,F为状态系数矩阵, <mrow> <mi>F</mi> <mo>=</mo> <msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mi>N</mi> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mi>M</mi> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>18</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>27</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mn>27</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>27</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>M</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mn>9</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mn>3</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>F</mi> <mn>4</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>12</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mn>9</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>12</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> FN为对应9个基本 导航参数的系统阵,为载体系到导航系的坐标转换矩阵,F1、F2、F3、F4为状态系数子矩 阵,G为误差系数矩阵, <mrow> <mi>G</mi> <mo>=</mo> <msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <mi>n</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>21</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mn>27</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> H=[HP HV Hθ]T,HP为位置量测矩阵,HP=[03×6 diag[RM RN cos L 1] 03×18]3×27,HV为速度量测矩阵,HV=[03×3 diag[1 1 1] 03×21]3×27,Hθ 为姿态量测矩阵, <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </mrow> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </mrow> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>cos</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>sin</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>sin</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> <mtd> <msub> <mn>0</mn> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>24</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mn>3</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>27</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> RM、RN分别为子午圈半 径和卯酉圈半径,L是纬度,θ是俯仰角,φ是航向角,V=[VP VV Vθ]T,VP为位置量测噪声阵, VP=[NN NE NU]T,VV为速度量测噪声阵,VV=[ME MN MU]T,Vθ为姿态量测噪声阵,Vθ=[vγ vθ vφ]T,NN、NE、NU为外测的位置误差噪声,ME、MN、MU为外测的速度误差噪声,vγ、vθ、vφ为外测的 姿态误差噪声。
4.根据权利要求3所述的多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其 特征在于,步骤C由卡尔曼滤波模型估计的主节点惯性器件误差参数,采用表达式: <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>I</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>G</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>G</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>I</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>a</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> 对主节点惯性器件输出的测量值进行误差补偿得到主 节点惯性器件输出的估计值,分别为主节点陀螺输出的估计值和主节点加速度计 输出的估计值。
5.根据权利要求4所述的多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其特征在于,步骤D所述量测子节点陀螺输出,并由主节点陀螺输出的估计值转换得到子节点陀螺输出的估计值,进而确定子节点陀螺误差参数,具体方法为:
D1、采用含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的子节点陀螺测量误差模型: <mrow> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>G</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>p</mi> </msup> </mrow> 计算子节点p处陀螺的误差参数,ωp分别为子节点p处陀 螺输出的测量值和理想值,δGp、εp分别为子节点p处陀螺的刻度因子误差矩阵、安装 误差矩阵、随机常值误差矩阵;
D2、由子节点p安装坐标系和主节点安装坐标系的位置关系将主节点陀螺输出的估计 值转换为子节点p处陀螺输出的估计值 <mrow> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>&amp;ap;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msup> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msubsup> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msup> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msubsup> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>I</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>G</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>G</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>b</mi> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow> 为从主节点安装坐标系到子节点p安装坐标系的转换矩阵,
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msup> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;psi;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;psi;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;delta;</mi> <mi>&amp;psi;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;delta;</mi> <mi>&amp;psi;</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
δγ、δθ、δψ为将主节点安装坐标系旋转直至与子节点p安装坐标系平行所需转过的角度;
D3、由子节点p处陀螺输出的测量值和估计值之差得到子节点陀螺误差Δωp, <mrow> <msup> <mi>&amp;Delta;&amp;omega;</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>x</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>y</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;G</mi> <mi>z</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> 分别为子节点p处X轴、Y 轴及Z轴的陀螺安装误差,δKGx p、δKGy p、δKGz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺刻度因子 误差,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的陀螺随机常值误差,M1为陀螺刻度因子 误差的系数矩阵、M2为陀螺安装误差的系数矩阵, <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> 分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴陀螺输出的估计值。
6.根据权利要求5所述的多源组合导航系统分布式惯性节点全误差在线标定方法,其特征在于,步骤E所述量测子节点加速度计输出,并由主节点加速度计输出的估计值转换得到子节点加速度计输出的估计值,进而确定子节点加速度计误差参数,具体方法为:
E1、采用含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的子节点加速度计测量误差模型: <mrow> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mi>f</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>A</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>f</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>+</mo> <msubsup> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>a</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> 计算子节点p处加速度计的误差参数,fp分别为子节点 p处加速度计输出的测量值和理想值,δAp、分别为子节点p处加速度计的刻度因子 误差矩阵、安装误差矩阵、随机常值误差矩阵;
E2、由子节点p安装坐标系和主节点安装坐标系的位置关系将主节点加速度计输出的 估计值转换为子节点p处加速度计输出的估计值 <mrow> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>&amp;ap;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msup> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msubsup> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>b</mi> <msup> <mi>b</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msubsup> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>I</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>A</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>b</mi> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>a</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
E3、由子节点p处加速度计输出的测量值和估计值之差得到子节点p处加速度计误差Δ fp: <mrow> <msup> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>p</mi> </msup> <mo>=</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;K</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>2</mn> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>x</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>y</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;A</mi> <mi>z</mi> </msub> <mi>p</mi> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mo>&amp;dtri;</mo> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> δAx p、δAy p、δAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z 轴的加速度计安装误差,δKAx p、δKAy p、δKAz p分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计刻度 因子误差,分别为子节点p处X轴、Y轴及Z轴的加速度计随机常值误差,E1为加 速度计刻度因子误差的系数矩阵、E2为加速度计安装误差的系数矩阵, <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>z</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>y</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <msubsup> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>x</mi> <mi>p</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow> 分别为子节点p处X轴、Y轴及Z 轴加速度计输出的估计值。
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