CN115683155A - 一种旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法 - Google Patents

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CN115683155A CN202211165555.2A CN202211165555A CN115683155A CN 115683155 A CN115683155 A CN 115683155A CN 202211165555 A CN202211165555 A CN 202211165555A CN 115683155 A CN115683155 A CN 115683155A
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查峰
位秋硕
李豹
何泓洋
韦宏玮
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Abstract

本发明公开了一种旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法。在旋转惯导具有旋转机构的基础上，设定了30位置旋转标定策略，惯导系统在旋转策略的位置翻转可以充分激励出惯性测量单元的各项误差；其次建立Kalman滤波模型，以速度误差和位置误差为量测量去估计惯导误差；最终通过仿真实验验证了本发明所设计的30位置旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法可以一次性高精度标定出陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差以及安装误差。

Description

一种旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法
技术领域
本发明涉及捷联惯性导航技术领域，具体涉及一种旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法。
背景技术
惯性导航系统的主要组成部分为惯性测量单元，在生产制造时不可避免的存在相关器件误差，如常值误差、刻度系数误差、安装误差等。为了抑制这些误差对惯导系统的影响，除了旋转调制技术外，常常通过误差标定技术对误差进行估计补偿，来达到高精度导航的目的。标定主要分为分立式标定和系统级标定。分立式标定技术将惯导系统安装在转动机构上，通过不同位置编排对陀螺仪和加速度计进行标定，将标定出的误差对惯导系统进行补偿，但分立式标定具有拆装繁琐，并且对转动机构要求精度高，无法外场标定的缺点。旋转捷联惯性导航系统可以利用自身的转动机构进行系统级标定，可以避免从载体上拆装的复杂性并且可以为长航时精确导航提供了现实基础。
系统级标定通过设计合理的位置编排来激励惯性测量单元的误差，建立惯性测量单元输入输出数学模型，以导航误差(速度误差、位置误差)作为观测量，通过最小二乘法或卡尔曼滤波将误差参数估计出来。SAGEM公司设计了一种18位置标定方案(Camberlein L,Mazzanti F.Calibration technique for laser gyro strapdown inertial navigationsystems[J].Ortung Und Navigation,1985:5.0-5.13.)用来标定激光陀螺惯导系统，经过标定可以达到系统级精度要求，并且该方案有着丰富的工程实践经验，是一种传统的误差标定方法。文献(谢波,秦永元,万彦辉.激光陀螺捷联惯导系统多位置标定方法[J].中国惯性技术学报,2011,19(02):157-162+169.)提出了一种19位置标定方法，通过多次初始对准、位置翻转和静态导航过程激励惯性测量单元误差参数，采用最小二乘方法可以在较短时间内可以标定出21个误差参数。系统级标定技术中旋转标定方案是关键因素。
发明内容
本发明的目的是解决惯导系统误差标定问题，提供了一种新的旋转捷联惯导系统误差标定方法，能够同时标定出陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差，并对惯导系统进行补偿，进而达到提高系统精度的目的。
为实现上述目的，本发明所设计的旋转捷联惯导系统误差标定方法，包括如下步骤：
步骤S11：定义坐标系和定义惯性测量单元中陀螺仪和加速度计的常值误差参数、刻度系数误差参数和安装误差参数
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的惯性坐标系(设为i系)，惯性坐标系的原点oi位于地球的中心，由原点出发指向北极为oi-zi轴，由原点出发指向平均春分点为oi-xi轴，oi-yi轴与oi-zi轴构成右手直角坐标系；
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的导航坐标系(设为n系)，该坐标系为当地地理坐标系，其原点on位于载体质心，其on-xn、on-yn、on-zn轴由原点分别指向东、北、天方向；
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的载体坐标系(设为b系)，载体的质心为载体坐标系的原点ob，载体系坐标系的ob-xb、ob-yb和ob-zb轴分别从载体的质心指向载体的右侧、前侧和上侧；
确定惯性测量单元坐标系(设为p系)，惯性测量单元由三组正交安装的陀螺仪和加速度计组成，惯性测量单元坐标系的原点op位于惯性测量单元质心，其op-xp、op-yp、op-zp轴指向由原点出发分别与三组正交安装的陀螺仪和加速度计指向平行；
确定安装坐标系坐标系(设为m系)，在制作惯性测量单元时，无法保证三组陀螺仪和加速度计是理想正交安装的，设实际安装时惯性测量单元坐标系为安装坐标系，安装坐标系的原点om与p系相同；
陀螺仪和加速度计常值误差分别表示为ε和
Figure BDA0003861213770000031
具体表示如下：
Figure BDA0003861213770000032
其中，εx、εy、εz分别为陀螺仪op-xp、op-yp、op-zp轴的常值误差，
Figure BDA0003861213770000033
分别为加速度计常值误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量。
陀螺仪和加速度计刻度系数误差分别表示为δKg和δKa，具体表示如下：
Figure BDA0003861213770000034
其中，δKgx、δKgy、δKgz分别为陀螺仪刻度系数误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量，δKax、δKay、δKaz分别为加速度计刻度系数误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量。
陀螺仪和加速度计安装误差分别表示为δAg和δAa，具体表示如下：
Figure BDA0003861213770000035
其中，δAgyx为om-ym轴陀螺仪与op-xp-yp平面的安装误差角，δAgzx为om-zm轴陀螺仪与op-xp-zp平面的安装误差角，δAgzy为om-zm轴陀螺仪与op-yp-zp平面的安装误差角，δAgxy为om-xm轴陀螺仪与op-xp-yp平面的安装误差角，δAgxz为om-xm轴陀螺仪与op-xp-zp平面的安装误差角，δAgyz为om-ym轴陀螺仪与op-yp-zp平面的安装误差角，δAayx为om-ym轴加速度计与op-xp-yp平面的安装误差角，δAazx为om-zm轴加速度计与op-xp-zp平面的安装误差角，δAazy为om-zm轴加速度计与op-yp-zp平面的安装误差角，δAaxy为om-xm轴加速度计与op-xp-yp平面的安装误差角，δAaxz为om-xm轴加速度计与op-xp-zp平面的安装误差角，δAayz为om-ym轴加速度计与op-yp-zp平面的安装误差角。
步骤S21:构建陀螺仪和加速度计误差模型
为了减少标定参数的数量，以便于提高运算速率，缩短标定时间，现假定陀螺仪正交系的op-xp轴与安装坐标系下的om-xm轴重合，并且op-yp轴在om-xm-ym平面内。则陀螺仪误差模型如下：
Figure BDA0003861213770000041
其中，
Figure BDA0003861213770000042
分别为陀螺仪角增量误差在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量，
Figure BDA0003861213770000043
分别为陀螺仪角增量在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量。
加速度计误差模型：
Figure BDA0003861213770000044
其中，
Figure BDA0003861213770000045
分别为加速度计比力增量误差在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量，
Figure BDA0003861213770000046
分别为加速度计比力增量在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量。
步骤S31:通过步骤21陀螺仪和加速度计误差模型经过翻转激励出步骤11定义的误差参数。
初始时惯性测量单元的三个轴向op-xp、op-yp、op-zp分别指向天-东-北，转动机构的中轴与惯性测量单元的op-yp轴重合，转动机构的内轴与惯性测量单元的op-zp轴重合，转动机构的外轴与惯性测量单元的op-xp轴重合。设计30位置标定路径如下：1.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；2.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；3.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；4.绕转动机构中框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；5.绕转动机构中框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；6.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；7.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；8.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；9.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；10.绕转动机构中框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；11.绕转动机构中框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；12.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；13.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；14.绕转动机构内框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；15.绕转动机构内框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；16-30位置与1-15位置转轴次序相同，转动方向相反。
步骤S41:根据步骤31中的误差参数建立Kalman滤波模型
经过步骤31的一系列翻转，可以激励陀螺仪和加速度计产生误差。然后将其带入惯导姿态误差、速度误差和位置误差方程即可得到系统状态误差模型。
建立状态向量包含姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺仪和加速度计常值误差、刻度系数误差和安装误差的30维Kalman状态方程：
Figure BDA0003861213770000051
其中，30维状态向量X(t)为
Figure BDA0003861213770000052
Figure BDA0003861213770000053
为状态向量X的微分，F为状态转移矩阵，表达式如下：
Figure BDA0003861213770000061
其中各分块矩阵具体表达式如下：
Figure BDA0003861213770000062
其中，ωie为地球自转角速率，RM、RN分别为地球子午圈、卯酉圈曲率半径，L为载体所在纬度，h为载体所在高度。
Figure BDA0003861213770000063
Figure BDA0003861213770000064
其中，vE、vN分别为北向、北向速度。
Figure BDA0003861213770000065
其中，
Figure BDA0003861213770000066
分别为导航坐标系下加速度计输出在东向、北向和天向的分量。
Figure BDA0003861213770000071
其中，vU为天向速度。
Figure BDA0003861213770000072
Figure BDA0003861213770000073
Figure BDA0003861213770000074
从载体坐标系到导航坐标系的姿态变换矩阵
Figure BDA0003861213770000075
如下：
Figure BDA0003861213770000076
Figure BDA0003861213770000077
Figure BDA0003861213770000081
式(3)中G为系统噪声驱动矩阵，表达式如下：
Figure BDA0003861213770000082
W(t)为系统噪声矩阵，由陀螺仪噪声Wg(t)和加速度计噪声Wa(t)组成，均为零均值高斯白噪声向量序列，其表达式如下：
Figure BDA0003861213770000083
建立如下以速度误差和位置误差为观测量的Kalman滤波器观测方程：
Z(t)＝H(t)X(t)+V(t) (19)
其中，Z(t)为观测量，由速度误差和位置误差组成，表达式如下：
Z(t)＝[δvE δvN δvU δL δλ δh]T (20)
H为观测矩阵，表达式如下：
Figure BDA0003861213770000084
V(t)为观测噪声矩阵，代表能够获取观测量的系统噪声，包括速度观测噪声和位置观测噪声，均为零均值高斯白噪声向量序列，且上述W(t)和V(t)互不相关，表达式如下：
Figure BDA0003861213770000085
步骤S51：Kalman滤波模型离散化获得陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值
给定系统状态空间模型：
Figure BDA0003861213770000086
式中，Xk为离散后的状态向量，Zk为离散后的量测向量，Fk/k-1、Hk和Γk/k-1分别为状态转移矩阵、量测矩阵和系统噪声驱动矩阵，Wk-1和Vk分别为系统噪声向量和量测噪声向量。
从k-1时刻到k时刻的离散状态转移矩阵Fk/k-1具体表达式如下：
Figure BDA0003861213770000091
其中，I为单位矩阵，Ts为滤波周期。
Kalman滤波全套算法如下：
状态一步预测
Figure BDA0003861213770000092
状态一步预测均方误差阵
Figure BDA0003861213770000093
滤波增益
Figure BDA0003861213770000094
状态估计
Figure BDA0003861213770000095
状态估计均方误差
Pk＝(I-KkHk)Pk/k-1 (28)
式(25)中Q为陀螺仪和加速度计输出白噪声的均方误差矩阵，R为观测噪声方差矩阵。
综上所述，结合步骤31一系列翻转运动，将惯性测量单元输出数据进行惯导解算，与此同时进行Kalman滤波，在给定系统状态向量初始值X0、状态估计均方差初始值P0，陀螺仪和加速度计输出白噪声的均方误差矩阵Q0和观测噪声方差矩阵初始值R0的条件下，以及确定观测量Z、状态转移矩阵F和观测矩阵H的选取，由式(24)至式(28)可以递推估计出任意时刻的状态量X，从而可以得到陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值。
步骤S61:将步骤51中得到的陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值对系统进行校正。误差修正模型如下所示：
陀螺仪和加速度计常值误差反馈：
Figure BDA0003861213770000101
Figure BDA0003861213770000102
其中，ε和
Figure BDA0003861213770000103
为反馈后系统常值误差，
Figure BDA0003861213770000104
和
Figure BDA0003861213770000105
为反馈前系统常值误差，
Figure BDA0003861213770000106
和
Figure BDA0003861213770000107
常值误差估计值。
陀螺仪刻度系数误差和安装误差反馈：
Figure BDA0003861213770000108
其中Kg和Ag为陀螺仪反馈后刻度系数和安装角矩阵，
Figure BDA0003861213770000109
和
Figure BDA00038612137700001010
为陀螺仪反馈前刻度系数和安装角矩阵，δKg和δAg为陀螺仪刻度系数误差和安装误差估计值。
陀螺仪和加速度安装误差反馈：
Figure BDA00038612137700001011
其中Ka和Aa为加速度计反馈后刻度系数和安装角矩阵，
Figure BDA00038612137700001012
和
Figure BDA00038612137700001013
为加速度计反馈前刻度系数和安装角矩阵，δKa和δAa为加速度计刻度系数误差和安装误差估计值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用旋转惯导系统自身转动机构优势以及设计的30位置旋转标定方案，可以在外场环境下充分激励出惯导相关器件误差，然后通过建立30维Kalman滤波模型，以速度误差和位置误差作为观测量可以较高精度的估计出陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差。
附图说明
图1为转动机构示意图；
图2为旋转标定策略图；
图3为仿真实验误差参数估计曲线对比
图4为估计的惯性器件误差补偿后导航定位误差对比
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明可行性可通过仿真实验验证，如图1惯性测量单元安装在旋转机构上，b系下标定旋转方案如图2所示，仿真实验采取对比实验，以SAGEM公司设计的传统18位置方案为参照，比对本发明方案的标定效果：
实验条件：初始纬度30.6度，初始经度114.2度，初始高度25米；初始姿态为(0°,-90°,-90°)；仿真采取静态仿真，所以初始速度为0；初始姿态误差(0.5′,-0.5′,0.5′)；初始速度误差(0.1m/s,0.1m/s,0.1m/s,)；初始位置误差(1m,1m,3m)；仿真时长4小时。
Kalman滤波模型初始参数设置：
系统状态向量初始值X0＝[030×1]；
状态估计均方差初始值P0：
P0＝diag{(0.5′)2,(-0.5′)2,(0.5′)2,(0.1m/s)2,(0.1m/s)2,(0.1m/s)2,(1m)2,(1m)2,(3m)2,(0.05°/h)2,(0.05°/h)2,(0.05°/h)2,(80ug)2,(90ug)2,(100ug)2,(40ppm)2,(10″)2,(10″)2,(40ppm)2,(10″)2,(40ppm)2,(20ppm)2,(10″)2,(10″)2,(10″)2,(20ppm)2,(10″)2,(10″)2,(10″)2,(20ppm)2}
白噪声的均方误差矩阵Q0：
Q0＝diag{(0.001°/h)2,(0.001°/h)2,(0.001°/h)2,(1ug)2,(1ug)2,(1ug)2}
观测噪声方差矩阵初始值R0：
R0＝diag{(0.1m/s)2,(0.1m/s)2,(0.1m/s)2,(1m)2,(1m)2,(1m)2}
仿真实验中陀螺仪和加速度计常值误差、安装误差、刻度系数误差参数设定值与估计值如下表1所示。
表1标定误差参数设定值与估计值结果
Figure BDA0003861213770000121
如附图3中3a陀螺仪x轴常值误差、3b陀螺仪y轴常值误差、3c陀螺仪z轴常值误差、3d加速度计x轴常值误差、3e加速度计y轴常值误差、3f加速度计z轴常值误差、3g陀螺仪x轴刻度系数误差、3h陀螺仪y轴刻度系数误差、3i陀螺仪z轴刻度系数误差、3j加速度计x轴刻度系数误差、3k加速度计y轴刻度系数误差、3l加速度计z轴刻度系数误差、3m陀螺仪安装误差yx、3n陀螺仪安装误差zx、3o陀螺仪安装误差zy、3p加速度计安装误差yx、3q加速度计安装误差zx、3r加速度计安装误差xy、3s加速度计安装误差zy、3t加速度计安装误差xz、3u加速度计安装误差yz所示为陀螺仪和加速度计21个相关误差参数估计曲线。从图中可以看出，设计的30位置方案各项误差参数在标定旋转策略以及Kalman滤波的作用下和传统18位置方案一样得到了收敛，且大部分误差参数收敛效果更好。
结合表1结果，设计的30位置标定方案所估计出的21项误差参数中16项残余误差比18位置方案小。将两种标定方案估计的惯性器件误差对IMU补偿后进行48小时的静基座导航，两种方案的导航定位误差曲线如附图4，从图中可以看出，设计的30位置标定方案的最大定位误差比传统18位置方案小3639米，可以验证本发明所提出的标定方案具有更高的标定精度。

Claims (8)

1.一种旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述标定方法如下：
步骤S11：定义坐标系和定义惯性测量单元中陀螺仪和加速度计的常值误差参数、刻度系数误差参数和安装误差参数
步骤S21：构建陀螺仪和加速度计误差模型
步骤S31：通过步骤21陀螺仪和加速度计误差模型经过翻转激励出步骤11定义的误差参数
步骤S41：根据步骤31中的误差参数建立Kalman滤波模型
步骤S51：Kalman滤波模型离散化获得陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值
步骤S61:将步骤51中得到的陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值对系统进行校正。
2.根据权利要求1所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S11中，
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的惯性坐标系i系，惯性坐标系的原点oi位于地球的中心，由原点出发指向北极为oi-zi轴，由原点出发指向平均春分点为oi-xi轴，oi-yi轴与oi-zi轴构成右手直角坐标系；
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的导航坐标系n系，该坐标系为当地地理坐标系，其原点on位于载体质心，其on-xn、on-yn、on-zn轴由原点分别指向东、北、天方向；
确定旋转惯导系统惯性测量单元所处的载体坐标系b系，载体的质心为载体坐标系的原点ob，载体系坐标系的ob-xb、ob-yb和ob-zb轴分别从载体的质心指向载体的右侧、前侧和上侧；
确定惯性测量单元坐标系p系，惯性测量单元由三组正交安装的陀螺仪和加速度计组成，惯性测量单元坐标系的原点op位于惯性测量单元质心，其op-xp、op-yp、op-zp轴指向由原点出发分别与三组正交安装的陀螺仪和加速度计指向平行；
确定安装坐标系坐标系m系，设实际安装时惯性测量单元坐标系为安装坐标系，安装坐标系的原点om与p系的原点op相同。
3.根据权利要求2所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S11中，
陀螺仪和加速度计常值误差分别表示为ε和
Figure FDA0003861213760000021
具体表示如下：
Figure FDA0003861213760000022
其中，εx、εy、εz分别为陀螺仪op-xp、op-yp、op-zp轴的常值误差，
Figure FDA0003861213760000023
分别为加速度计常值误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量；
陀螺仪和加速度计刻度系数误差分别表示为δKg和δKa，具体表示如下：
Figure FDA0003861213760000024
其中，δKgx、δKgy、δKgz分别为陀螺仪刻度系数误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量，δKax、δKay、δKaz分别为加速度计刻度系数误差在op-xp、op-yp、op-zp轴的分量；
陀螺仪和加速度计安装误差分别表示为δAg和δAa，具体表示如下：
Figure FDA0003861213760000025
其中，δAgyx为om-ym轴陀螺仪与op-xp-yp平面的安装误差角，δAgzx为om-zm轴陀螺仪与op-xp-zp平面的安装误差角，δAgzy为om-zm轴陀螺仪与op-yp-zp平面的安装误差角，δAgxy为om-xm轴陀螺仪与op-xp-yp平面的安装误差角，δAgxz为om-xm轴陀螺仪与op-xp-zp平面的安装误差角，δAgyz为om-ym轴陀螺仪与op-yp-zp平面的安装误差角，δAayx为om-ym轴加速度计与op-xp-yp平面的安装误差角，δAazx为om-zm轴加速度计与op-xp-zp平面的安装误差角，δAazy为om-zm轴加速度计与op-yp-zp平面的安装误差角，δAaxy为om-xm轴加速度计与op-xp-yp平面的安装误差角，δAaxz为om-xm轴加速度计与op-xp-zp平面的安装误差角，δAayz为om-ym轴加速度计与op-yp-zp平面的安装误差角。
4.根据权利要求3所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S21构建陀螺仪和加速度计误差模型具体过程如下：
假定陀螺仪正交系的op-xp轴与安装坐标系下的om-xm轴重合，并且op-yp轴在om-xm-ym平面内，则陀螺仪误差模型如下：
Figure FDA0003861213760000031
其中，
Figure FDA0003861213760000032
分别为陀螺仪角增量误差在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量，
Figure FDA0003861213760000033
分别为陀螺仪角增量在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量；
加速度计误差模型：
Figure FDA0003861213760000034
其中，
Figure FDA0003861213760000035
分别为加速度计比力增量误差在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量，
Figure FDA0003861213760000036
分别为加速度计比力增量在ob-xb、ob-yb、ob-zb轴方向的分量。
5.根据权利要求4所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S31中通过步骤21陀螺仪和加速度计误差模型经过翻转激励出步骤12定义的误差参数具体过程为：
初始时惯性测量单元的三个轴向op-xp、op-yp、op-zp分别指向天-东-北，转动机构的中轴与惯性测量单元的op-yp轴重合，转动机构的内轴与惯性测量单元的op-zp轴重合，转动机构的外轴与惯性测量单元的op-xp轴重合；设定30位置标定路径如下：1.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；2.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；3.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；4.绕转动机构中框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；5.绕转动机构中框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；6.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；7.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；8.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；9.绕转动机构中框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；10.绕转动机构中框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；11.绕转动机构中框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；12.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；13.绕转动机构内框轴正向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；14.绕转动机构内框轴反向旋转180度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；15.绕转动机构内框轴反向旋转90度，旋转角速度为ω度/秒，转动完成后停止t秒；16-30位置与1-15位置转轴次序相同，转动方向相反。
6.根据权利要求5所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S41中根据步骤31中的误差参数建立Kalman滤波模型的具体过程为：
经过步骤31的翻转，激励陀螺仪和加速度计产生的误差；然后将其带入惯导姿态误差、速度误差和位置误差方程即可得到系统状态误差模型；
建立状态向量包含姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺仪和加速度计常值误差、刻度系数误差和安装误差的30维Kalman状态方程：
Figure FDA0003861213760000051
其中，30维状态向量X(t)为
Figure FDA0003861213760000052
Figure FDA0003861213760000053
为状态向量X的微分，F为状态转移矩阵，表达式如下：
Figure FDA0003861213760000054
其中各分块矩阵具体表达式如下：
Figure FDA0003861213760000055
其中，ωie为地球自转角速率，RM、RN分别为地球子午圈、卯酉圈曲率半径，L为载体所在纬度，h为载体所在高度；
Figure FDA0003861213760000056
Figure FDA0003861213760000061
其中，vE、vN分别为北向、北向速度；
Figure FDA0003861213760000062
其中，
Figure FDA0003861213760000063
分别为导航坐标系下加速度计输出在东向、北向和天向的分量；
Figure FDA0003861213760000064
其中，vU为天向速度；
Figure FDA0003861213760000065
Figure FDA0003861213760000066
Figure FDA0003861213760000071
从载体坐标系到导航坐标系的姿态变换矩阵
Figure FDA0003861213760000072
如下：
Figure FDA0003861213760000073
Figure FDA0003861213760000074
Figure FDA0003861213760000075
式(3)中G为系统噪声驱动矩阵，表达式如下：
Figure FDA0003861213760000076
W(t)为系统噪声矩阵，由陀螺仪噪声Wg(t)和加速度计噪声Wa(t)组成，均为零均值高斯白噪声向量序列，其表达式如下：
Figure FDA0003861213760000077
建立如下以速度误差和位置误差为观测量的Kalman滤波器观测方程：
Z(t)＝H(t)X(t)+V(t) (19)
其中，Z(t)为观测量，由速度误差和位置误差组成，表达式如下：
Z(t)＝[δvE δvN δvU δL δλ δh]T (20)
H为观测矩阵，表达式如下：
Figure FDA0003861213760000081
V(t)为观测噪声矩阵，代表能够获取观测量的系统噪声，包括速度观测噪声和位置观测噪声，均为零均值高斯白噪声向量序列，且上述W(t)和V(t)互不相关，表达式如下：
Figure FDA0003861213760000082
7.根据权利要求6所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S51中Kalman滤波模型离散化陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值具体过程为：
给定系统状态空间模型：
Figure FDA0003861213760000083
式中，Xk为离散后的状态向量，Zk为离散后的量测向量，Fk/k-1、Hk和Γk/k-1分别为状态转移矩阵、量测矩阵和系统噪声驱动矩阵，Wk-1和Vk分别为系统噪声向量和量测噪声向量；
从k-1时刻到k时刻的离散状态转移矩阵Fk/k-1具体表达式如下：
Figure FDA0003861213760000084
其中，I为单位矩阵，Ts为滤波周期；
Kalman滤波全套算法如下：
状态一步预测
Figure FDA0003861213760000085
状态一步预测均方误差阵
Figure FDA0003861213760000086
滤波增益
Figure FDA0003861213760000087
状态估计
Figure FDA0003861213760000091
状态估计均方误差
Pk＝(I-KkHk)Pk/k-1 (28)
式(25)中Q为陀螺仪和加速度计输出白噪声的均方误差矩阵，R为观测噪声方差矩阵。
8.根据权利要求7所述旋转捷联惯导系统误差系统级标定方法，其特征在于：所述步骤S61中将步骤51中得到的陀螺仪和加速度计的常值误差、刻度系数误差和安装误差估计值对系统进行校正的具体过程为：
误差修正模型如下所示：
陀螺仪和加速度计常值误差反馈：
Figure FDA0003861213760000092
Figure FDA0003861213760000093
其中，ε和
Figure FDA0003861213760000094
为反馈后系统常值误差，
Figure FDA0003861213760000095
和
Figure FDA0003861213760000096
为反馈前系统常值误差，
Figure FDA0003861213760000097
和
Figure FDA0003861213760000098
常值误差估计值；
陀螺仪刻度系数误差和安装误差反馈：
Figure FDA0003861213760000099
其中Kg和Ag为陀螺仪反馈后刻度系数和安装角矩阵，
Figure FDA00038612137600000910
和
Figure FDA00038612137600000911
为陀螺仪反馈前刻度系数和安装角矩阵，δKg和δAg为陀螺仪刻度系数误差和安装误差估计值；
陀螺仪和加速度安装误差反馈：
Figure FDA0003861213760000101
其中Ka和Aa为加速度计反馈后刻度系数和安装角矩阵，
Figure FDA0003861213760000102
和
Figure FDA0003861213760000103
为加速度计反馈前刻度系数和安装角矩阵，δKa和δAa为加速度计刻度系数误差和安装误差估计值。
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