慣導系統中三軸加速度計標定的模型和算法

《慣導系統中三軸加速度計標定的模型和算法》是依託清華大學，由賀曉霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：慣導系統中三軸加速度計標定的模型和算法
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：賀曉霞
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

慣性導航系統作為非常重要的自主式導航裝置，在進入工作狀態之前必須對其核心元件加速度計進行標定。準確的標定模型和算法將避免導航誤差隨時間的積累放大，對保證系統精度至關重要。本項目採用理論研究和工程實踐結合的思路針對平台式高精度慣導系統中的三軸加速度計標定模型和算法開展研究。將從分立級和系統級兩個層面研究加速度計在慣導平台上的標定方法。具體研究內容包括：慣導平台設備誤差等因素下多位置分立標定加速度計的方法；慣導系統系泊狀態下加速度計模型誤差與導航誤差之間的關係，以及模型可觀測度分析；利用導航誤差信息，設計基於觀測器思想的動態控制器方法、H∞濾波等非線性最優估計算法。預期將設計高精度加速度計的系統內分立級和系統級兩個層次的標定方案和高效穩健的狀態估計算法，並套用於清華大學慣導平台的工程實踐中，提高加速度計標定精度。本項目研究對國防軍事、國民經濟均具有重要意義。

結題摘要

本項目採用理論研究和工程實踐結合的思路針對平台式高精度慣導系統中的三軸加速度計標定模型和算法開展研究。以標定誤差小於2e-6 g為目標，從分立級和系統級兩個層面研究加速度計在慣導平台上的標定方法。具體研究內容包括： 1.多位置分立標定加速度計 多位置法是以框架角感測器輸出為轉位基準。研究中發現溫度、框架角度讀出感測器函式誤差、零位誤差及框架軸不正交度對標定精度影響較大，考慮這些因素並建立了23係數加表標定模型。為避免過擬合，對8組測試數據進行了交叉驗證，得出23係數模型能更準確地給出加表係數。 2.系統級加速度計標定 系統級加速度計標定是以導航儀工作狀態下的信息為基準。進行了五方面的研究。 2.1靜基座或系泊狀態下用台體加速度誤差 忽略由陀螺漂移引起的台體坐標系中加速度的小量變化，空間穩定平台的台體坐標系中的加速度是已知的，本方法以此為基準進行加表標定。共可估計出9個係數。套用兩次總長26天的實驗數據補償了加表模型，此方法雖受到陀螺漂移誤差的影響，但方法簡單，可作為加表定期精度摸底用。 2.2靜基座工作時用框架角信息 靜基座下，平台加速度可由框架角算出。以此為基準，共可估計出9個係數。但此方法受框架角零位偏差、測角精度影響。 2.3靜基座或系泊狀態下利用橫滾角和俯仰角誤差 在靜基座或系泊狀態下，橫滾角和俯仰角已知，以此為基準，可分離出3個零偏、兩個標度因數線性組合。實驗數據表明參數估計精度可達2e-5 g量級。 2.4靜基座或系泊狀態下利用經緯度誤差和冗餘軸轉角 定點狀態下，經緯度是已知的，利用此信息和冗餘軸轉角信息，可估計出包含加表誤差、陀螺及初始不對準角誤差在內的17個參數，試驗數據表明參數估計精度可達2e-5 g量級。 2.5 多緯度、基於比力模觀測 此方法具有對陀螺漂移誤差不敏感的優點。藉助格線法探討了加速度計誤差參數的可觀測性條件，得到可分別標定6個和9個加速度計參數的兩位置法和限定三位置法。通過最小化觀測矩陣的條件數，最佳化了兩類標定方法的平檯布局方案。計算機仿真結果表明，限定兩位置法和限定三位置法的標定精度可達1e-6 g量級，方法可行、簡便、經濟，具有較強的工程套用潛力。 本項目研究對國防軍事、國民經濟均具有重要意義。