專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)/組合導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光測(cè)速儀作為一種速度傳感器，具有完全自主、精度高、測(cè)速范圍寬、動(dòng)態(tài)性能好及非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。單獨(dú)的激光測(cè)速儀不具備導(dǎo)航定位功能，但是與慣導(dǎo)系統(tǒng)組合能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能實(shí)現(xiàn)全自主、高精度導(dǎo)航定位。組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際使用中慣導(dǎo)系統(tǒng)和三波束激光測(cè)速儀分別裝在載體的不同位置，需要標(biāo)定測(cè)速儀安裝角，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的激光測(cè)速儀標(biāo)度因數(shù)在實(shí)際使用中會(huì)有變化，需要標(biāo)定標(biāo)度因數(shù)誤差。目前公開(kāi)文獻(xiàn)中用于導(dǎo)航定位領(lǐng)域的激光測(cè)速儀并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)定方法，本文提出了一種三波束激光測(cè)速儀安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差的標(biāo)定方法，解決了工程實(shí)際中激光測(cè)速儀與慣導(dǎo)組合系統(tǒng)導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
I、目的本發(fā)明的目的是提供了一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了激光測(cè)速儀裝到載體上時(shí)需要標(biāo)定安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差的問(wèn)題。2、技術(shù)方案本發(fā)明一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，該方法具體步驟如下步驟I、將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、差分GPS和激光測(cè)速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數(shù)(包括初始的經(jīng)度、緯度和高度)至慣導(dǎo)的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。步驟2、捷聯(lián)慣導(dǎo)預(yù)熱，然后采集陀螺和加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)。步驟3、對(duì)采集到的陀螺和加速度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差傳播特性和古典控制理論，采用二階調(diào)平和方位估算法來(lái)完成系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)，初步確定載體姿態(tài)角。粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間為I分鐘。粗對(duì)準(zhǔn)后利用卡爾曼濾波技術(shù)精對(duì)準(zhǔn)5分鐘。步驟4、啟動(dòng)差分GPS和激光測(cè)速儀，慣導(dǎo)系統(tǒng)由對(duì)準(zhǔn)模式切換到SINS/DGPS (捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/差分GPS)組合導(dǎo)航模式(組合算法框圖見(jiàn)

圖1)，切換完成后載體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。步驟5、采取載體不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)速儀的輸出及SINS/DGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出，至少采三個(gè)不同時(shí)刻的輸出。步驟6、利用最小二乘法分別辨識(shí)激光測(cè)速儀三個(gè)波束的安裝角及標(biāo)度因數(shù)誤差。步驟7、標(biāo)定精度評(píng)價(jià)分析。步驟I一7分為三個(gè)階段，步驟I一3為準(zhǔn)備階段，步驟4一6為激光測(cè)速儀標(biāo)定階段(標(biāo)定方法框圖見(jiàn)圖2)，步驟7為標(biāo)定結(jié)果評(píng)價(jià)階段。其中，步驟6中所述的最小二乘法辨識(shí)三波束激光測(cè)速儀的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程說(shuō)明如下
以三波束激光測(cè)速儀中某波束為例介紹它的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差標(biāo)定方法，另外兩個(gè)波束的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差標(biāo)定方法與此相同。定義\為激光測(cè)速儀輸出，Vxb、Ff、F/分別為SINS/DGPS在載體系x、y、z三
個(gè)軸向上的輸出，S K為激光測(cè)速儀標(biāo)度因數(shù)誤差，α、β、Y分別為激光測(cè)速儀與載體系x、y、z三個(gè)軸向的夾角。測(cè)得η個(gè)點(diǎn)(η彡3)單波束測(cè)速儀輸出Vl(I)、Vl(2) ...VL(η)及η個(gè)點(diǎn)(n>3)SINS/DGPS 輸出 C⑴、f ⑵…F>), <⑴、Fj4⑵…<( ) , Fz6⑴、Fzb ⑵…VzbM。
權(quán)利要求
1.一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟I、將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、差分GPS和激光測(cè)速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數(shù)即初始的經(jīng)度、緯度和高度至慣導(dǎo)的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)； 步驟2、捷聯(lián)慣導(dǎo)預(yù)熱，然后采集陀螺和加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)； 步驟3、對(duì)采集到的陀螺和加速度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差傳播特性和古典控制理論，采用二階調(diào)平和方位估算法來(lái)完成系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)，初步確定載體姿態(tài)角；粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間為I分鐘，粗對(duì)準(zhǔn)后利用卡爾曼濾波技術(shù)精對(duì)準(zhǔn)5分鐘； 步驟4、啟動(dòng)差分GPS和激光測(cè)速儀，慣導(dǎo)系統(tǒng)由對(duì)準(zhǔn)模式切換到SINS/DGPS即捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/差分GPS組合導(dǎo)航模式，切換完成后載體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)； 步驟5、采取載體不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)速儀的輸出及SINS/DGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出，至少采三個(gè)不同時(shí)刻的輸出； 步驟6、利用最小二乘法分別辨識(shí)激光測(cè)速儀三個(gè)波束的安裝角及標(biāo)度因數(shù)誤差； 步驟7、標(biāo)定精度評(píng)價(jià)分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，其特征在于步驟6中所述的最小二乘法辨識(shí)三波束激光測(cè)速儀的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程說(shuō)明如下 以三波束激光測(cè)速儀中某波束為例介紹它的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差標(biāo)定方法，另外兩個(gè)波束的安裝角和標(biāo)度因數(shù)誤差標(biāo)定方法與此相同； 定義\為激光測(cè)速儀輸出，Vhx、”分別為SINS/DGPS在載體系x、y、z三個(gè)軸向上的輸出，S K為激光測(cè)速儀標(biāo)度因數(shù)誤差，a、P、Y分別為激光測(cè)速儀與載體系x、y、z三個(gè)軸向的夾角；測(cè)得n個(gè)點(diǎn)(n彡3)單波束測(cè)速儀輸出Vl(I)、Vl(2) ...VL(n)及n個(gè)點(diǎn)(n ^ 3) SINS/DGPS 輸出 f ⑴、f ⑵…g( ), Fi6 ⑴、< ⑵...<( )，f⑴、f ⑵由F1 = (I + SK) (F6 cos a + Vb cos + V_b cos f)得 'Fi(I)I⑴I ⑴C⑴] C OR /Y Vl(2)Vbx(I)V^(I)Fb(2) 「 n二ycos P \l + SKj . .. cos Y F1(^)J [FiO/)Vb (n) X(I)] [C ⑴ C ⑴ K ⑴― 令2 = m)，H = 02) G⑵ C⑵，[cos a\\ \ \ X = cos P [l + SK]VL(n)\ [/:( ) V>) Vbz {n)\ [cosxj 由最小二乘估計(jì)公式X =即解得X的最小二乘估計(jì)X; 由 cos2 a +cos2 3 +cos2 y =1 得^XiD2 + 1(2)2 + 1(3)2 = ^/(1 + SKficos2 a + cos2 (3 + cos2 y) = I + SK ,因此SK = ^X(I)2 + 1(2)2 + 1(3)2 - I
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，其特征在于步驟7中所述的標(biāo)定精度評(píng)價(jià)分析，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程說(shuō)明如下 將標(biāo)定結(jié)果5 K、a、0、Y代入
全文摘要
一種基于導(dǎo)航系統(tǒng)的三波束激光測(cè)速儀標(biāo)定方法，它有七大步驟一、將慣組、差分GPS和激光測(cè)速儀安裝到載體上，裝訂初始位置參數(shù)至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；二、捷聯(lián)慣組預(yù)熱，采集陀螺和加速度計(jì)的輸出數(shù)據(jù)；三、對(duì)采集到的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；四、啟動(dòng)差分GPS和激光測(cè)速儀，系統(tǒng)由對(duì)準(zhǔn)模式切換到SINS/DGPS模式，載體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；五、采集三個(gè)不同時(shí)刻的載體不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)速儀的輸出及SINS/DGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出；六、利用最小二乘法分別辨識(shí)三個(gè)激光測(cè)速儀的安裝角及標(biāo)度因數(shù)誤差；七、標(biāo)定精度評(píng)價(jià)分析。本發(fā)明利用捷聯(lián)慣導(dǎo)與組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出速度精度高的特點(diǎn)對(duì)三波束激光測(cè)速儀實(shí)現(xiàn)精確標(biāo)定，它在慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102706365SQ20121020806
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者宋凝芳, 尹俊杰, 張小躍, 張春熹, 林志立, 潘建業(yè) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)