CN110824583A - 一种航空重力仪用在线自主标定方法 - Google Patents

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高峰
毋兴涛
刘红光
张子山
高巍
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Abstract

本发明涉及一种航空重力仪用在线自主标定方法，其包括如下步骤：(1)航空重力仪三环框架依照事先设定的在线自主标定旋转次序进行旋转，使惯性元件的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计分别敏感旋转角速率和重力加速度，航空重力仪的下位机以航空重力仪惯性导航误差的速度误差和位置误差作为外观测量，基于Kalman滤波模型对惯性元件误差进行计算；(2)利用航空重力仪上位机将在线自主标定后的惯性元件标定参数装订到航空重力仪下位机中，并进行航空重力仪惯性导航精度验证，完成航空重力仪惯性元件误差参数在线自主标定。本发明的航空重力仪用在线自主标定方法，在外场试验条件下实现的，对标定设备要求低，工作方式灵活，是保证航空重力仪测量精度。

Description

一种航空重力仪用在线自主标定方法
技术领域
本发明涉及惯性元件标定参数误差辨识方法技术领域，特别是一种航空重力仪用在线自主标定方法。
背景技术
随着航空测量任务不断增多，整个任务的时间跨度不断扩大，如何在外场试验条件下保证航空重力仪测量精度成为一项重要课题。而如何实现在外场试验条件下对航空重力仪的惯性元件标定参数误差进行在线自主标定则是保证航空重力仪测量精度的基础。航空重力仪在线自主标定主要解决以下两个方面的问题：
(1)惯性元件标定参数误差随时间推移而不断变化，严重影响了航空重力仪的导航误差，直接影响了航空重力仪平台的水平控制以及飞机转弯后短时间内的测线质量；
(2)重力敏感器随时间推移其误差不断地变化，航空重力仪的测量精度下降，需要在每次航空重力测量作前标定重力敏感器的误差参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空重力仪用在线自主标定方法，以航空重力仪惯性导航误差作为外观测量，基于Kalman滤波模型对航空重力仪惯性元件标定参数误差进行辨识，实现航空重力仪惯性元件误差参数的在线自主标定。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种航空重力仪用在线自主标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在航空重力仪惯性元件出厂标定参数的基础上，航空重力仪三环框架依照事先设定的在线自主标定旋转次序进行旋转，使惯性元件的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计分别敏感旋转角速率和重力加速度，航空重力仪的下位机以航空重力仪惯性导航误差的速度误差和位置误差作为外观测量，基于Kalman滤波模型对惯性元件的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计标定参数的误差进行计算；
(2)利用航空重力仪上位机将在线自主标定后的惯性元件标定参数装订到航空重力仪下位机中，并进行航空重力仪惯性导航精度验证，验证正确后即完成了航空重力仪惯性元件误差参数的在线自主标定。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的航空重力仪用在线自主标定方法，在外场试验条件下实现的，对标定设备要求低，工作方式灵活，是保证航空重力仪测量精度的基础，是保障航空重力测量作业质量的基础。
附图说明
图1为航空重力仪系统在线自主标定陀螺误差的旋转示意图。
图2为航空重力仪系统在线自主标定重力敏感器误差的旋转示意图。
图3为航空重力仪系统在线自主标定过程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种航空重力仪用在线自主标定方法，其包括如下步骤：
(1)在航空重力仪惯性元件(包括光纤陀螺仪和石英挠性加速度计)出厂标定参数(包括常值漂移、标度因数和安装误差)的基础上，航空重力仪三环框架依照图1和图2示意的在线自主标定旋转次序进行旋转。设计在线自主标定旋转次序的原则是让所有惯性元件(陀螺和加速度计)分别敏感旋转角速率和重力加速度的变化。与此同时，航空重力仪的下位机以航空重力仪惯性导航误差(速度误差和位置误差)作为外观测量，基于Kalman滤波模型建立了在线自主标定的状态方程和观测方程，来对惯性元件(光纤陀螺仪和石英挠性加速度计)标定参数的误差进行计算。状态方程和观测方程如下：
状态方程：
Figure BDA0002282926390000031
观测方程：Z＝HX+V
其中，X为状态变量(即惯性元件的标定参数误差)，A为系统状态转移矩阵，Z为观测向量，H为观测矩阵。
图1为航空重力仪系统在线自主标定陀螺误差的旋转示意图。图2为航空重力仪系统在线自主标定重力敏感器石英挠性加速度计误差的旋转示意图。
(2)利用航空重力仪上位机将在线自主标定后的误差参数装订到航空重力仪中，并进行航空重力仪惯性导航精度验证。即在静态条件下，利用姿态、速度和位置的更新公式求取航空重力仪的实时姿态、速度和位置，来验证航空重力仪姿态、速度和位置精度是否满足技术指标。
姿态更新公式：
Figure BDA0002282926390000032
速度更新公式：
Figure BDA0002282926390000033
位置更新公式：
Figure BDA0002282926390000034
验证正确后即完成了航空重力仪惯性元件误差参数的在线自主标定。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种航空重力仪用在线自主标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在航空重力仪惯性元件出厂标定参数的基础上，航空重力仪三环框架依照事先设定的在线自主标定旋转次序进行旋转，使惯性元件的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计分别敏感旋转角速率和重力加速度，航空重力仪的下位机以航空重力仪惯性导航误差的速度误差和位置误差作为外观测量，基于Kalman滤波模型对惯性元件的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计标定参数的误差进行计算；
(2)利用航空重力仪上位机将在线自主标定后的惯性元件标定参数装订到航空重力仪下位机中，并进行航空重力仪惯性导航精度验证，验证正确后即完成了航空重力仪惯性元件误差参数的在线自主标定。
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