一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種慣導(dǎo)性能在線評估方法，特別是一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與 在線相對性能評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性測量單元（IMU)由陀螺、加表構(gòu)成，陀螺、加表的精度決定了 慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能，慣導(dǎo)性能決定了導(dǎo)航的精度。慣導(dǎo)系統(tǒng)在配置到具體應(yīng)用環(huán)境之前都需 要進行性能測試，目前，國內(nèi)外對慣導(dǎo)性能的測試一般采取兩類測試：
[0003] 1、器件級測試。主要對陀螺、加表進行單器件測試，通過測試篩選精度高的器件來 構(gòu)成慣性測量單元，以滿足某些高精度導(dǎo)航環(huán)境的應(yīng)用。
[0004] 2、系統(tǒng)級測試。主要是在慣導(dǎo)系統(tǒng)正式應(yīng)用前對慣性測量單元進行系統(tǒng)級測試， 一般是在靜態(tài)條件下考察慣導(dǎo)系統(tǒng)的純慣導(dǎo)精度，此外，根據(jù)慣導(dǎo)應(yīng)用環(huán)境的不同，還需要 進行其他條件下的系統(tǒng)精度測試。
[0005] 這兩類測試都是在慣導(dǎo)系統(tǒng)正式應(yīng)用前進行離線測試，離線測試存在的問題是： 即使離線測試慣導(dǎo)精度達標，但由于慣導(dǎo)長時間工作時陀螺、加表的零偏會出現(xiàn)變化，會直 接影響導(dǎo)航精度，此外還會可能出現(xiàn)慣導(dǎo)故障，引發(fā)導(dǎo)航錯誤。在不依賴外界參考信息的條 件下，如何對變化的陀螺、加表零偏進行估計，進而進行系統(tǒng)級性能在線評估是需要解決的 問題，已有研宄成果中，在不借助外部信息源的條件下，無法對慣導(dǎo)性能進行在線評估。
[0006] 為保證可靠性，船載慣導(dǎo)系統(tǒng)往往冗余配置（一般搭載兩套），其他需要高精度導(dǎo) 航的慣導(dǎo)系統(tǒng)也往往冗余配置。工作方式為主從備份方式，只有一套慣導(dǎo)處于工作狀態(tài)，其 它系統(tǒng)處于備份狀態(tài)，從信息利用角度考慮，主從備份工作方式間接造成了資源浪費。如何 綜合利用冗余配置慣導(dǎo)系統(tǒng)的信息，進而實現(xiàn)對慣導(dǎo)性能進行在線評估，優(yōu)選精度高的系 統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)作為系統(tǒng)輸出是需要解決的問題，國內(nèi)外未見公開報道。
[0007] CNKI庫中《一種雙慣導(dǎo)組合導(dǎo)航方法》（劉為任、王寧、劉國彬、年海濤、艾光彬沖 國慣性技術(shù)學(xué)報；2014年2月第1期）一文公開了一種利用固定指北慣導(dǎo)系統(tǒng)、臺體方位 旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)進行信息融合提高導(dǎo)航精度的方法，但沒有涉及到本文所提出的一種雙慣導(dǎo) 聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對慣導(dǎo)性能在線評估的問題，提出了一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在 線相對性能評估方法，該方法通過對雙慣導(dǎo)系統(tǒng)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制策略的合理編排，使不同慣 導(dǎo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)位規(guī)律有所不同，從而使慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差特性具有一定的互補性，在無外界量測 信息條件下，選取誤差狀態(tài)，把慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)的差異作為量測信息，進行卡爾曼濾波， 對常值或緩慢變化的陀螺漂移、加表零偏進行估計，進而對慣導(dǎo)系統(tǒng)的相對性能進行評估。
[0009] 為實現(xiàn)本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案是：
[0010] 一種雙慣導(dǎo)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航與在線相對性能評估方法，其步驟為：
[0011] 步驟一：坐標系定義，定義導(dǎo)航坐標系（n系）為當?shù)厮降乩碜鴺讼担鴺溯S分 別指向北向-東向-地向（N-E-D)，載體坐標系（b系）坐標軸分別沿載體的橫滾軸-俯仰 軸-偏航軸（前-右-下），慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的慣性測量單元（MU)坐標系分別為Sl、s2，坐標 軸指向同載體坐標系定義；
[0012] 步驟二：聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制策略編排，慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2分別繞方位軸進行4位置8次序旋 轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位規(guī)律不同；
[0013] 步驟三：聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程確定，取慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的姿態(tài)誤差、速度誤 差、位置誤差的狀態(tài)差為聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)，16個誤差狀態(tài)為：
[001 4]X-[ (4*n「巾N2)(巾El_巾E2)(巾D「巾D2)(6 5VN2)(6 5VE2)(3L「5L2) (S入「S入 2)eXleyleX2ey2 (eZl-eZ2) ▽Xl ▽yl ▽ X2 ▽y2]T ⑴
[0015] 即
[0016] x-[巾m2傘Ei2傘Di25vN12 5vE12 5L12 5 入 12exleylex2ey2ezl2 ▽xl ▽yl Vx2 Vy2]T
[0017] 其中，上標T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，<i>N12= 〇N「<i)N2)、<i>E12= 〇E1-<i)E2)、 (})D12= (c})D1-(})D2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的姿態(tài)誤差向量的差值，SVn12 = (S VN「S VN2)、S vE12= ( S V E1- S VE2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的北向、東向速度誤 差的差值，SL12= (SLfSk)、S A12= (S AA2)分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的 煒度、經(jīng)度誤差的差值，e xl、e x2、e yl、e #分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的MU對應(yīng)水 平坐標軸的陀螺常值漂移，e zl2= ( e zl- e z2)為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的IMU對應(yīng)天向 坐標軸的陀螺常值漂移之差（繞方位軸單軸旋轉(zhuǎn)時，水平加表零偏、陀螺常值漂移可分離， 但天向的陀螺常值漂移不可分離），▽ xl、V x2、V yl、V y2分別為慣導(dǎo)系統(tǒng)1與慣導(dǎo)系統(tǒng)2的 IMU對應(yīng)水平坐標軸的加表常值零偏，根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)確定聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程；
[0018] 步驟四：量測方程確定，扣除安裝位置誤差以及桿臂造成的速度誤差，在缺少外界 參考信息條件下，取Is更新一次的慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的速度和位置之差為相應(yīng)的量測量，量測 量為：
[0019] z⑴=[8vN「8vN2 8vE「8vE2 8L「8L2 8 入「6 入2]t (2)
[0020] 其中，2 -'為慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的北向速度差值，^t-化 2 =%為慣 導(dǎo)系統(tǒng)1、2的東向速度差值，= 為慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的煒度差值，蚪-環(huán)=^-忑為 慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的經(jīng)度差值，根據(jù)量測狀態(tài)確定量測方程；
[0021] 步驟五：卡爾曼濾波，根據(jù)聯(lián)合系統(tǒng)狀態(tài)方程、量測方程構(gòu)建卡爾曼濾波器，Is進 行一次量測更新，對兩套慣導(dǎo)系統(tǒng)各自的陀螺、加表零偏進行估計；
[0022] 步驟六：慣導(dǎo)性能在線評估，根據(jù)陀螺、加表零偏的估計值對慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2的相對 性能進行評估，零偏小的系統(tǒng)作為優(yōu)選系統(tǒng)；
[0023] 其中：在步驟二中所述的慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2分別繞方位軸進行4位置8次序旋轉(zhuǎn)調(diào)制 轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位次序編排方法如下：
[0024] 1)慣導(dǎo)系統(tǒng)1、2分別采用不同的轉(zhuǎn)位次序編排
[0025] 慣導(dǎo)系統(tǒng)1的轉(zhuǎn)位次序為
（圖2所 示），即8次序轉(zhuǎn)位為（圖4所示）：次序1，由A位置逆時針旋轉(zhuǎn)180°到達C位置，停留Ts 時間；次序2,由C位置順時針轉(zhuǎn)動90°到達B位置，停留Ts時間；次序3,由B位置順時針 轉(zhuǎn)動180°到達D位置，停留Ts時間；次序4,由D位置逆時針轉(zhuǎn)動90°到達A位置，停留 Ts時間；次序5,由A位置逆時針轉(zhuǎn)動180°到達C位置，停留Ts時間；次序6,由C位置逆 時針轉(zhuǎn)動90°到達D位置，停留Ts時間；次序7,由D位置順時針轉(zhuǎn)動180°到達B位置， 停留Ts時間；次序8,由B位置順時針轉(zhuǎn)動90°到達A位置，停留Ts時間；
[0026] 慣導(dǎo)系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)位次序為
(圖3所 示），即8次序轉(zhuǎn)位為（圖5所示）：次序1，由A位置順時針旋轉(zhuǎn)180°到達C位置，停留Ts時間；次序2,由C位置逆時針轉(zhuǎn)動90°到達D位置，停留Ts時間；次序3,由D位置逆時針 轉(zhuǎn)動180°到達B位置，停留Ts時間；次序4,由B位置順時針轉(zhuǎn)動90°到達A位置，停留 Ts時間；次序5,由A位置順時針轉(zhuǎn)動180°到達C位置，停留Ts時間；次序6,由C位置順 時針轉(zhuǎn)動90°到達B位置，停留Ts時間；