CN114046788B - 一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自对准惯导系统内减震器形变补偿方法，步骤如下：利用自对准对惯导系统姿态进行分析和处理，得到受减震器形变影响的对准姿态结果；根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，利用对准结果计算得到减震器形变值；根据减震器形变与温度之间的关系，拟合得到减震器形变温度模型；在惯导系统输出的姿态中，扣除减震器形变温度模型计算得到的补偿值，即对惯导系统内减震器形变进行了实时温度补偿。该方法完全满足工程应用的实际需求，对惯导系统在不同的环境温度条件下的性能研究与提高具有重要意义。

Description

一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法

技术领域

本发明涉及一种惯性技术领域中惯导系统内减震器形变及惯导系统姿态输出的补偿方法，适用于惯导系统误差分析补偿和系统应用，具体涉及一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法。

背景技术

惯性导航系统利用陀螺和加速度计测量自身相对惯性空间的角运动和线运动，并利用导航算法为载体提供实时的姿态、位置、速度等信息。惯导系统具有很高的自主性和隐蔽性，是飞机、轮船、潜艇等航空航天、航海和兵器领域运载体的基本导航设备。

减震器是惯导系统的一个重要部件。橡胶减震器由于其弹性系数可调，在交变应力下不易疲劳等特点，成为了惯导系统内减震器的首选。环境温度的变化是影响减震器形变的重要因素之一。IMU台体和系统框架之间减震器的形变，会导致IMU台体相对于系统框架发生转动，从而影响系统姿态输出精度。因此，需要对减震器的形变进行标定与补偿，提高惯导系统的姿态输出精度。

文中的重点是根据减震器对姿态的影响机理，通过多次自对准的结果，计算出减震器的形变量，再对减震器形变量和温度进行曲线拟合，得到惯导系统内减震器的温度模型，最后根据减震器的温度模型对惯导系统输出的姿态进行补偿。

发明内容

本发明提出一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，有效提高了惯导系统的姿态输出精度。采用自对准的方法，根据减震器对姿态的影响机理计算减震器的形变量。根据自对准时的温度拟合减震器形变的温度模型，实现对减震器形变及惯导系统输出姿态的补偿。

本发明的技术解决方案：一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，步骤如下：

步骤(1)、根据减震器对姿态的影响机理，得到减震器形变和对准结果之间的关系如下：

式中，δθ和δψ为减震器形变导致IMU台体相对于框架在x方向和z方向上的转动，θ和γ为惯导系统的俯仰角和横滚角，Δψ为自对准航向角的变化值，通过多次重复自对准，得到受减震器形变影响的对准结果，计算出减震器形变值。

步骤(2)、利用多组减震器形变值和温度之间的拟合关系，建立惯导系统内减震器温度模型；

步骤(3)、依据上述建立的惯导系统内减震器温度模型，根据减震器温度实时补偿惯导系统输出的姿态。

进一步的，步骤(2)中根据多次不同温度下的自对准结果的趋势项，采用曲线拟合的方法，得到减震器形变的温度模型。

进一步的，步骤(3)中根据自对准得到的减震器温度模型，根据减震器温度值，对减震器形变进行补偿，并根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，对惯导系统输出的姿态进行补偿。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明采用自对准的方法计算惯导系统内减震器的形变。由于减震器的形变会导致惯导系统自对准的结果产生趋势项，根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，从对准结果中可以计算出减震器的形变量。

(2)、本发明建立了惯导系统内减震器形变的温度模型。减震器的形变受到环境温度的影响，通过在不同温度下进行自对准，得到惯导系统内减震器的温度模型。

(3)、本发明在惯导系统输出姿态时，进行了对减震器形变的补偿。根据惯导系统内减震器的温度模型，对减震器的形变量和由其引起的系统姿态误差进行补偿，从而提高系统姿态输出的精度。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为减震器安装示意图；

图3为减震器形变对惯导系统姿态影响示意图；

图4为惯导系统内减震器形变温度曲线；

图5为利用本发明对惯导系统姿态输出的补偿效果图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明方法。

实施例1

如图1所示，本发明是一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，其步骤如下：

(1)、将某型号惯导系统(其IMU台体上的减震器安装情况如图2所示)固定在水平静止平台上，系统启动后进行自对准，观测并记录自对准航向的结果。通过对减震器对姿态的影响机理分析，可以得到减震器形变和对准结果之间的关系。如图3所示，为减震器形变对惯导系统姿态影响示意图。

减震器形变产生的误差角度可以用沿着惯性测量坐标系(s系)轴向的三个误差角来描述，该三个误差角形成误差矩阵

其中，s'系为减震器发生形变后的惯性测量坐标系。δθ,δγ,δψ为减震器形变产生的误差偏角。系统真实的机体坐标系(b系)姿态可由下式得出：

其中，是IMU的姿态矩阵，是根据姿态更新微分方程得到的。/>是解算时的s系姿态和对外输出的b系姿态之间的转换矩阵。由于忽略减震器形变而造成的含有误差的机体系(b'系)为：

通过分析计算可得到减震器形变和对准结果之间的关系为：

式中，δθ和δψ为减震器形变导致IMU台体相对于框架在x方向和z方向上的转动，θ和γ为惯导系统的俯仰角和横滚角，Δψ为自对准航向角的变化值，通过该式由自对准结果得到减震器形变值。

当惯导系统水平放置时，该上式可以简化为：

Δψ≈δψ(2)即自对准航向角的变化值即是减震器的形变量。

(2)采集减震器附近的温度数据并记录，该温度即是减震器形变时对应的减震器温度。对于多组减震器采用多个温度采样点的平均值作为温度数据。

(3)系统再次进入对准状态，重复(1)和(2)直至温度稳定。根据(1)中计算得到的减震器形变量和(2)中采集到的温度数据，通过曲线拟合的方式，可以形成一组如图4所示的减震器形变温度曲线，得到惯导系统内减震器的温度模型。

(4)依据上述建立的惯导系统内减震器温度模型，根据减震器温度实时补偿惯导系统输出的姿态。图5为利用本发明对惯导系统姿态输出的补偿效果图。

实施例2

利用本发明对某惯导系统进行多次对准实验，表1为补偿减震器形变前后惯导系统输出航向的精度变化情况。可以看出，经过本发明补偿惯导系统内减震器形变之后，惯导系统输出的航向角精度提升了26％以上。

表1本发明的实验验证效果(＂)

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、根据减震器对姿态的影响机理，得到减震器形变和对准结果之间的关系如下：

式中，δθ和δψ为减震器形变导致IMU台体相对于框架在x方向和z方向上的转动，θ和γ为惯导系统的俯仰角和横滚角，Δψ为自对准航向角的变化值，通过多次重复自对准，得到受减震器形变影响的对准结果，计算出减震器形变值；

步骤(2)、利用多组减震器形变值和温度之间的拟合关系，建立惯导系统内减震器温度模型；

步骤(3)、依据上述建立的惯导系统内减震器温度模型，根据减震器温度实时补偿惯导系统输出的姿态。

2.根据权利要求1所述的基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(2)中根据多次不同温度下的自对准结果的趋势项，采用曲线拟合的方法，得到减震器形变的温度模型。

3.根据权利要求1所述的基于自对准的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(3)中根据自对准得到的减震器温度模型，根据减震器温度值，对减震器形变进行补偿，并根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，对惯导系统输出的姿态进行补偿。