CN110954137B - 一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，具体步骤包括如下：将加速度计安装于加速度计安装平台上，对惯性导航系统进行预热；建立加速度计的通用输出模型，输出误差，加装独立的空速计，获得轴向线加速度，根据加速度计的安装方式，得到加速度计输入与旋转角之间的关系式，并将关系式代入加速度计的通用输出模型，得到加速度计相对于旋转角的输出模型；加速度计采样值作为参数估计模型输出，加速度计输出模型误差项系数，对加速度计进行误差补偿；本发明解决了现有惯性测量组合误差补偿方案未考虑安装位置误差、且不适用所有类型加速度计的问题，计算量小，补偿精度高，降低了成本低，提高了可靠性。

Description

一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法
技术领域
本发明属于惯导技术领域，涉及一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法。
背景技术
惯性测量具有成本低、重量轻、体积小、可靠性高、抗振动冲击力强等优点，应用前景广阔，但由于装配误差的存在会影响微惯性测量组合中加速度计的输出，进而会影响后续算法解算结果，装配误差包括安装方位误差和安装位置误差。加速度计是一种能够感应设备一个方向上线性加速度的传感器，现有的加速度计组成的微惯性测量组合采用了方位偏差的补偿方法，在载体转速较小的时候，安装位置误差对测量输出值影响大，只对安装方位误差进行补偿，并没有考虑安装位置误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，解决了现有技术中存在加速度计安装位置误差对测量输出值影响大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，具体步骤包括：
步骤1、将加速度计安装于加速度计安装平台上，对惯性导航系统进行预热，加速度计信号采集系统用于实时采样加速度计的输出信号；
步骤2、建立加速度计的通用输出模型，其中输出误差包括零偏、比例系数误差、比例系数非线性误差和交叉耦合误差；
步骤3、加装独立的空速计，获得轴向线加速度，加速度计测量值减去空速计测量值，再进行常规的姿态解算；
步骤4、根据加速度计的安装方式，得到加速度计输入与旋转角之间的关系式，并将关系式代入加速度计的通用输出模型，可得到加速度计相对于旋转角的输出模型；
步骤5、根据步骤4得到的加速度计相对于旋转角的输出模型，加速度计的采样值作为参数估计模型的输出，加速度计输出模型的误差项系数，对加速度计进行误差补偿，并检验模型的补偿精度。
本发明的特点还在于，
在步骤2中标定加速度计的尺寸效应误差之前需要先标定并补偿陀螺误差，控制系统在已知运动状态是加减速的前提下，将航姿切换到陀螺仪开环积分状态，短时间内隔离加速度计的数据。需要自动驾驶仪的控制模型较精准，不用增加额外的硬件开销，加减速的检测通过测量出的加速度矢量的模是否与g相等判断。
步骤3中将空速计以及惯导设备的测量信息进行融合滤波，并与接收到的通讯接口信息进行比较，调整平台现有状态。
步骤4中利用最小二乘法估计得到加速度计输出模型中的部分误差项系数。
在步骤1中，首先开启惯性导航系统，即对惯性导航系统进行预热，预热时间不小于3分钟。
本发明的有益效果是，一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，解决了现有惯性测量组合误差补偿方案未考虑安装位置误差、且不适用所有类型加速度计的问题，安装方位误差与安装位置误差，并能对微惯性测量组合中任一加速度计进行单独补偿，计算量小，补偿精度高，降低了成本低，提高了可靠性。
具体实施方式
本发明一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，具体步骤包括如下：
步骤1、将加速度计安装于加速度计安装平台上，对惯性导航系统进行预热，加速度计信号采集系统用于实时采样加速度计的输出信号；
在步骤1中，首先开启惯性导航系统，即对惯性导航系统进行预热，预热时间不小于3分钟。
步骤2、建立加速度计的通用输出模型，其中输出误差包括零偏、比例系数误差、比例系数非线性误差和交叉耦合误差；
在标定加速度计的尺寸效应误差之前需要先标定并补偿陀螺误差，控制系统在已知运动状态是加减速的前提下，将航姿切换到陀螺仪开环积分状态，短时间内隔离加速度计的数据。需要自动驾驶仪的控制模型较精准，不用增加额外的硬件开销，加减速的检测通过测量出的加速度矢量的模是否与g相等判断。
步骤3、加装独立的空速计，获得轴向线加速度，加速度计测量值减去空速计测量值，再进行常规的姿态解算，可以长时间工作在加减速状态，不用担心积分发散。
将空速计以及惯导设备的测量信息进行融合滤波，并与接收到的通讯接口信息进行比较，调整平台现有状态。
步骤4、根据加速度计的安装方式，得到加速度计输入与旋转角之间的关系式，并将关系式代入加速度计的通用输出模型，可得到加速度计相对于旋转角的输出模型；
步骤5、根据步骤4得到的加速度计相对于旋转角的输出模型，加速度计的采样值作为参数估计模型的输出，利用最小二乘法估计得到加速度计输出模型中的部分误差项系数；加速度计输出模型的误差项系数，对加速度计进行误差补偿，并检验模型的补偿精度。
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本实施例中加速度计采用三轴加速度计的微机电加速度计,惯导设备为微机电传感器，运用一体化、集成化设计手段，将尽可能多的元器件高度集成在同一块电路板上，具有体积小、模块化、重量轻和成本低的优点。
本实施例一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，具体步骤包括如下：
步骤1、将加速度计安装于加速度计安装平台上，对惯性导航系统进行预热，加速度计信号采集系统用于实时采样加速度计的输出信号；
在步骤1中，首先开启惯性导航系统，即对惯性导航系统进行预热，预热时间不小于3分钟。
步骤2、建立加速度计的通用输出模型，其中输出误差包括零偏、比例系数误差、比例系数非线性误差和交叉耦合误差；
在标定加速度计的尺寸效应误差之前需要先标定并补偿陀螺误差，控制系统在已知运动状态是加减速的前提下，将航姿切换到陀螺仪开环积分状态，短时间内隔离加速度计的数据。需要自动驾驶仪的控制模型较精准，不用增加额外的硬件开销，加减速的检测通过测量出的加速度矢量的模是否与g相等判断。
假设一个地理坐标系和机体坐标系，在地理坐标系中，记录加速度的输出值，经过矩阵转换后的值。在机体坐标系中，记录加速度的测量值，现在和都表示在机体坐标系中数值向下的向量，对这两个向量做向量积，即叉积，得到误差，利用这个误差来修正矩阵，四元数被修正。
由于加速度计无法感知Z轴上的旋转运动，用地磁计来进一步补偿。假设旋转矩阵是经过加速度计校正后的矩阵，当某个确定的向量，机体坐标系中经过这个矩阵旋转之后到地理坐标系，这两个坐标系在XOY平面上重合，只是在Z轴旋转上会存在一个偏航角的误差。经过旋转之后的机体坐标系和地理坐标系的相对关系，加速度计可以把机体坐标系通过四元数法从任意角度拉到与地理坐标系水平的位置上，只剩下一个偏航角误差。
步骤3、加装独立的空速计，获得轴向线加速度，加速度计测量值减去空速计测量值，再进行常规的姿态解算，可以长时间工作在加减速状态，不用担心积分发散。
将空速计以及惯导设备的测量信息进行融合滤波，并与接收到的通讯接口信息进行比较，调整平台现有状态。
步骤4、根据加速度计的安装方式，得到加速度计输入与旋转角之间的关系式，并将关系式代入加速度计的通用输出模型，可得到加速度计相对于旋转角的输出模型；
步骤5、根据步骤4得到的加速度计相对于旋转角的输出模型，加速度计的采样值作为参数估计模型的输出，利用最小二乘法估计得到加速度计输出模型中的部分误差项系数；加速度计输出模型的误差项系数，对加速度计进行误差补偿，并检验模型的补偿精度。
本发明进行匹配定位和信息融合，提高了系统的数据处理速度，方便各模块的维修调试，提高了系统对多源遥感图像的匹配鲁棒性和实时性。同时加入基于统计量的马氏距离，进一步提高了匹配精度，得到高精度的定位信息。

Claims (5)

1.一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，其特征在于，具体步骤包括如下：
步骤1、将加速度计安装于加速度计安装平台上，对惯性导航系统进行预热，加速度计信号采集系统用于实时采样加速度计的输出信号；
步骤2、建立加速度计的通用输出模型，其中输出误差包括零偏、比例系数误差、比例系数非线性误差和交叉耦合误差；
步骤3、加装独立的空速计，获得轴向线加速度，加速度计测量值减去空速计测量值，再进行常规的姿态解算；
步骤4、根据加速度计的安装方式，得到加速度计输入与旋转角之间的关系式，并将关系式代入加速度计的通用输出模型，可得到加速度计相对于旋转角的输出模型；
步骤5、根据步骤4得到的加速度计相对于旋转角的输出模型，加速度计的采样值作为参数估计模型的输出，加速度计输出模型的误差项系数，对加速度计进行误差补偿，并检验模型的补偿精度。
2.根据权利要求1所述的一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，其特征在于，在步骤2中标定加速度计的尺寸效应误差之前需要先标定并补偿陀螺误差，控制系统在已知运动状态是加减速的前提下，将航姿切换到陀螺仪开环积分状态，短时间内隔离加速度计的数据；需要自动驾驶仪的控制模型较精准，不用增加额外的硬件开销，加减速的检测通过测量出的加速度矢量的模是否与g相等判断。
3.根据权利要求1所述的一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，其特征在于，步骤3中将空速计以及惯导设备的测量信息进行融合滤波，并与接收到的通讯接口信息进行比较，调整平台现有状态。
4.根据权利要求1所述的一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，其特征在于，步骤4中利用最小二乘法估计得到加速度计输出模型中的部分误差项系数。
5.根据权利要求1所述的一种惯导加速度计装配误差标量修正的方法，其特征在于，在所述步骤1中，首先开启惯性导航系统，即对惯性导航系统进行预热，预热时间不小于3分钟。
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